Текст
ВОЕННАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПСИХОЛОГИЯ
Ордена Трудового Красного Знамени ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СССР
МОСКВА—1970
355.725
В 63
Книга подготовлена авторским коллективом в составе: лауреат Ленинской премии кандидат физико-математических наук инженер-капитан 2 ранга В. М. Ахутин; Л. Н. Альперии; лауреат Ленинской премии кандидат технических наук генерал-лейтенант ИТС А. А. Васильев; кандидат психологических наук И. П. Волков; кандидат технических наук доцент инженер-подполковник Р. И. Виноградов; доктор технических наук инженер-капитан 2 ранга А. И. Губинский; кандидат медицинских наук подполковник медицинской службы Л. И. Гуменик; кандидат медицинских наук старший научный сотрудник полковник медицинской службы Г. М. Зараковский; кандидат медицинских наук старший научный сотрудник подполковник медицинской службы А. М. Кожин; кандидат технических наук инженер-майор В. П. Клевцов; член-корреспондент АПН СССР профессор Б. Ф. Ломов; кандидат педагогических наук полковник |В, Н. Луцков|; доктор медицинских наук полковник медицинской службы В. И. Медведев; кандидат психологических наук подполковник В. Л. Маришук; кандидат технических наук старший научный сотрудник инженер-подполковник А. И. Меньшов; кандидат технических наук инженер-подполковник М. Р. Мирошиичеиков; кандидат психологических наук А. И. Назаров; доктор технических наук профессор инженер-капитан 1 ранга В. И. Николаев; кандидат психологических наук доцент полковник В. В. Офицеров; заслуженный деятель науки РСФСР доктор медицинских наук профессор полковник медицинской службы в отставке К. К. Платонов; кандидат медицинских наук старший научный сотрудник полковник медицинской службы Ю. А. Петров; инженер-капитан 2 ранга А. И. Прохоров; доктор психологических наук полковник В. Ф. Рубахин; кандидат психологических наук капитан 2 ранга А. М. Столяренко; полковник |А. К. Скопницев|; кандидат технических наук доцент инженер-подполковник Ю. Г. Фокии; инженер-подполковник Б. М. Яике-левич.
Общая редакция члена-корреспондента АПН СССР профессора Б. Ф. Ломова; лауреата Ленинской премии кандидата технических наук генерал-лейтенанта ИТС А. А. Васильева; кандидата психологических наук доцента полковника В. В. Офицерова; доктора психологических наук полковника В. Ф. Рубахииа.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для советской военной науки, руководствующейся великим учением марксизма-ленинизма, всегда было характерно признание решающей роли человека в вооруженной борьбе. Советская военная теория и практика исходят из того, что бой — это прежде всего противоборство людей, которые применяют определенные способы действий и используют вооружение и боевую технику.
Исход войны зависит от сознательных и активных усилий воинов, закаленных в идейно-политическом, морально-психологическом отношении, беспредельно преданных своей социалистической Родине, Коммунистической партии и народу, отлично владеющих современным оружием и боевой техникой, способами ведения боя.
В свете сказанного возрастает роль морально-политической, оперативно-тактической и технической подготовки советских воинов. При изучении ими ядерного оружия и ракетной техники военным преподавателям и командирам следует обращать особое внимание на развитие и укрепление у воинов марксистско-ленинского мировоззрения, формирование правильного понимания характера современной войны, значения техники и ведущей роли человека в бою.
Важно отметить, что в настоящее время произошли огромные изменения в области отношений между человеком и оружием, боевой техникой. Революция в военном деле привела к оснащению вооруженных сил новыми системами вооружения, в первую очередь ракетно-ядерным оружием, новой боевой техникой, сложными автоматизированными системами управ-
3
ления войсками и боевой техникой. Все эти преобразования изменили характер военной деятельности и предъявили более высокие требования к учету человеческого фактора при создании, эксплуатации и применении новых систем и образцов вооружения и боевой техники.
Ныне боевая готовность войск находится в большой зависимости от «приспособленности» воина к оружию, боевой технике и от «приспособленности» военной техники к человеку. В настоящее время на долю человеческих факторов в общей проблеме боевой готовности войск приходится не менее 50%, причем роль их увеличивается по мере усложнения военной техники.
Внедрение новых, более действенных технических средств и нового, более сильного оружия оказывает большое влияние на тактику. Поскольку тактикой должен овладеть каждый воин, постольку в процессе подготовки войск необходимо учитывать влияние боевой техники и оружия на тактику. Следовательно, воину необходимо овладевать боевой техникой и оружием так, чтобы сочетать их с наиболее современными тактическими формами воздействия на противника и самому тактически правильно противостоять воздействию техники и оружия противника.
Все эти важные вопросы, связанные с исследованиями и учетом человеческих факторов в военном деле, призвана решать военно-инженерная психология.
Военно-инженерная психология представляет собой новую отрасль военной психологии, возникшую из потребностей военной практики и логического развития науки. Предметом ее исследования является система «человек — машина». Поэтому она использует данные не только других отраслей психологии и психофизиологии, но и технические и математические знания. Поскольку военно-инженерная психология исследует взаимодействие между человеком-воином и военной техникой, она широко опирается на данные военной науки.
Военно-инженерная психология состоит из нескольких направлений. В настоящее время до 30—40% общей проблематики военно-инженерной психологии приходится на инженерно-психологическое обоснование создания военной техники и до 60—70% —на инженерно-психологическое обеспечение эксплуатации техники, отбор и подготовку личного состава. Роль последних вопросов чрезвычайно велика. Известно, что дальнейшее повышение боевой готовности только за счет повышения надежности техники находится в параболической зависимости от стоимости системы. В то же время повышение боевой готовности за счет отбора, подготовки и правильной организации деятельности личного состава, за счет внедрения и использования методов инженерной психологии находится лишь в линейной зависимости от стоимости.
4
Предлагаемая читателю книга «Военная инженерная психология» представляет собой первую попытку изложить, не претендуя на исчерпывающую полноту, содержание основных проблем военно-инженерной психологии на фоне общей проблематики военной психологии и ознакомить с перспективами их развития. В книге приводятся некоторые результаты экспериментальных исследований, полученные в области военно-инженерной психологии.
Изложенные в книге материалы не равноценны по глубине разработки теоретических основ, экспериментальному обоснованию, использованию математического аппарата, что объясняется объективной причиной: разной степенью изученности отдельных проблем этого нового научного направления.
Все материалы книги объединены в три части.
Первая часть посвящена общим вопросам военной и военно-инженерной психологии. Начинается она главой об актуальных проблемах и задачах военно-инженерной психологии. Основное внимание уделено психологической структуре деятельности воина-оператора, оценке его надежности. Вопросы приема, переработки, хранения информации оператором, его моторной деятельности, оперативного мышления трактуются с инженерно-психологических позиций. Все эти материалы являются основой конструкторско-систематической и эксплуатационной военно-инженерной психологии и представляют интерес для широкого круга читателей — командиров, военных инженеров (разработчиков и эксплуатационников), политработников, военных психологов, педагогов и врачей.
Во второй части рассматриваются специальные проблемы военно-инженерной психологии, включая моделирование некоторых психофизиологических функций человека и отдельные вопросы эксплуатационной инженерной психологии. К последним относятся: контроль и нормализация состояния оператора в АСУ военного назначения и анализ групповой деятельности военных операторов. Здесь же освещены вопросы обитаемости, психологического отбора военных специалистов, военной инженерно-педагогической психологии, в том числе психологические основы конструирования тренажеров. В этих материалах содержатся рекомендации по психологическому отбору, технической и психологической подготовке воинов-операторов, военных техников и инженеров, инженеров-командиров.
Третья часть книги посвящена некоторым отраслевым направлениям военно-инженерной психологии. Она отражает интересы отдельных видов вооруженных сил и родов войск. Приведены материалы по авиационной военно-инженерной психологии, а также дана психологическая характеристика Деятельности оператора в системе обработки разведывательной информации и оператора-локаторщика РЛС.
5
В книге дан краткий обзор военно-инженерной психологии в США.
Авторский коллектив заранее выражает свою признательность тем читателям, которые найдут возможным высказать свои критические замечания и пожелания по содержанию книги.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ВОЕННОЙ
И ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ
1. АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ВОЕННОИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ
Коммунистическая партия Советского Союза уделяет неослабное внимание вопросам военного строительства, дальнейшему оснащению армии современной боевой техникой, усилению работы в области идеологической и психологической подготовки войск, повышению роли научного руководства Вооруженными Силами. Все это обусловлено усилением агрессивности империализма, коренными изменениями в военном деле.
Революция в военном деле привела к изменению оперативно-тактических и военно-технических факторов обстановки современного боя.
Одним из средств ведения боевых действий в настоящее время является ракетно-ядерное оружие, обладающее рядом мощных поражающих факторов: ударной волной, световым излучением, проникающей радиацией, радиоактивным заражением местности. Наряду с физическими поражающими факторами оно обладает психогенным фактором, воздействующим на психику воинов. Причем действие последнего сказывается еще до применения оружия. Современная боевая техника, состоящая на вооружении, характеризуется огромными энергетическими мощностями, высокими скоростями, сложностью многих физических процессов, резко возросшими потоками информации. В войска ныне внедряются так называемые автоматизированные системы управления.
С одной стороны, рассмотренные факторы предъявляют повышенные требования к морально-боевым, а также сенсорным и интеллектуальным свойствам воинов, ибо им нередко
7
придется действовать на пределе своих физиологических и психологических возможностей, в стрессовой обстановке, в условиях дефицита времени и информации. Например, летчику на современном истребителе приходится управлять машиной при значительных перегрузках, на скоростях, превышающих скорость звука. За последние 30 лет число приборов, средств сигнализации и управления в кабине самолета возросло в 10 раз, а в|ремя, отводимое на выполнение операций, сократилось в 5—7 раз. В таких условиях человек физически не всегда успевает полностью воспринимать быстро меняющуюся обстановку, своевременно и правильно реагировать на показания десятков приборов. Боевая работа воинов-ракетчиков по подготовке ракет к пуску измеряется чрезвычайно короткими отрезками времени и должна выполняться в строгом соответствии с заданной программой. Деятельность расчетов ПВО также ограничена жесткими рамками времени и протекает в сложной и непрерывно меняющейся обстановке. Причем вся эта деятельность протекает в условиях активного воздействия противника, в условиях действия психогенного фактора, вызывающего напряженность и перенапряженность у личного состава.
Известно, что возможности человека по приему и переработке информации, «пропускная способность мозга» ограничены. Поэтому там, где скорость передачи информации человеку и требования к принятию решений превышают эти возможности, неизбежно возникают «отказы».
Внедрение промежуточного звена между воином и оружием— сложной системы управления — изменяет сам характер военной деятельности. Ныне в деятельности воина все больше места занимают прием и обработка информации, программирование действий, принятие решений и контроль при известном сокращении и видоизменении чисто исполнительных функций. Для многих военных специальностей деятельность приобретает операторский характер, связанный с дистанционным управлением реальными объектами и процессами на основе восприятия их информационных моделей. Особенно это характерно для новых видов Советских Вооруженных Сил и родов войск, таких, как Ракетные войска стратегического назначения и войска ПВО.
С другой стороны, все рассмотренные выше факторы предъявляют новые требования к разработке систем и образцов боевой техники с учетом возможностей и ограничений человека (его органов чувств, интеллектуальной и моторной деятельности, особенностей психики в целом), к оптимизации взаимодействия между человеком и сложной боевой техникой.
В современных условиях особое значение приобретает боевая готовность Советских Вооруженных Сил. Эта общегосударственная проблема может быть решена лишь с учетом че-8
ловеческого фактора. Проблема человека и техники с давних пор занимает видное место в военной науке. Но решалась и решается она по-разному.
Для советской военной науки всегда было характерно признание решающей роли человека в вооруженной борьбе. «Наша партия исходит из ленинского учения о том,—подчеркнул Генеральный секретарь ЦК КПСС Л. И. Брежнев в речи на приеме в честь выпускников военных академий 5 июля 1967 г., —что, как бы ни была высока техническая вооруженность армии, человек, в совершенстве овладевший техникой, остается главной, решающей силой на войне. Это особенно важно теперь, в век ракетно-ядерного оружия, когда судьбу войны будут решать люди, овладевшие оружием и боевой техникой, закаленные морально и физически, беспредельно преданные своей Родине, партии и народу»1. Это положение было и остается краеугольным для советской военной науки.
Напротив, в трудах буржуазных военных теоретиков нередко предпочтение отдается технике. Следствием этого является принижение роли человеческого фактора, сведение роли человека к простому придатку машины, оставление за ним чисто исполнительских функций. Известно, что с созданием ракетно-ядерного оружия в ряде капиталистических стран стала распространяться теория «кнопочной» войны. Некоторые американские военные специалисты в последнее время открыто заявляют, что в системе «человек—- машина» наиболее слабым звеном является человек. Англо-американская инженерная психология нередко стремится свести деятельность человека до элементарного уровня регуляции, выхолащивая из нее творческие компоненты. Подобная точка зрения является крайним пессимистическим выражением взглядов на изменение роли человека в вооруженной борьбе. Отсюда ставка на абсолютизацию техники. В этом проявляются классовые устремления империалистической буржуазии, направленные на восполнение слабости морального духа своих армий.
Отвергая подобное скептическое и чуждое нам отношение к человеку, являющемуся творцом и властелином техники, нельзя не видеть тех больших сдвигов, которые произошли в области отношений и связей между человеком и оружием, боевой техникой. Если раньше, когда техника была относительно проста и человек обслуживал ее с большим запасом своих возможностей, главное состояло в том, чтобы приспособить человека к технике, то теперь с настоятельной необходимостью возникает задача противоположного характера — приспособить технику к человеку. Разумеется, последнее ни в коей мере не умаляет важности решения первой задачи.
1 «Правда», 6 июля 1967 г.
9
Таковы причины возникновения новой отрасли военной психологии — военно-инженерной психологии.
Под военно-инженерной психологией понимается отрасль военной психологии, изучающая роль и функции человека в управлении и применении сложной военной техникой в определенных условиях физической и социальной среды с целью наиболее эффективного построения и применения систем вооружения и обеспечения высокой боевой готовности войск.
Советская военно-инженерная психология ныне оформляется в самостоятельную научную дисциплину естественнотехнического характера, имеющую в то же время четкий социальный аспект. С одной стороны, она опирается на марксистско-ленинское учение о войне и армии, теорию военного искусства, общую психологию, физиологию и психологию труда, военную педагогику, с другой — на технические и математические науки— системотехнику, кибернетику, теорию автоматического регулирования, теорию вероятностей, теорию информации, теорию массового обслуживания, теорию моделирования и др. В свою очередь военно-инженерная психология является базовой дисциплиной для ряда военно-инженерных дисциплин.
Говоря о предмете военно-инженерной психологии, следует подчеркнуть ее военную направленность. Вот почему нельзя слепо заимствовать опыт гражданской инженерной психологии. Все проблемы военно-инженерной психологии необходимо рассматривать под углом зрения повышения боеготовности и боеспособности войск, выявления особенностей функционирования систем «человек — машина» в боевых условиях и т. д. При этом нужно учитывать специфику работы воина с различными видами вооружения, боевой техники. Например, танкист действует, находясь в ограниченном пространстве и испытывая большие вибрационные нагрузки; ракетчик или артиллерист— в условиях сильного импульсного шума; летчик — в обстановке больших ускорений и перегрузок и т. п.
Проблематика военно-инженерной психологии тесно связана с задачами морально-психологической подготовки войск. «В деятельности командиров, политработников, инженеров и техников,— подчеркнул Маршал Советского Союза М. В. Захаров,— надо... выделять не только военно-техническую сторону, но и морально-психологическую. Эти стороны тесно связаны друг с другом. Революция в военном деле не только увеличила значение каждой из этих сторон, но и потребовала еще большего органического единства их»1. Военно-инженерная психология в значительной мере обеспечивает это единство.
Роль военно-инженерной психологии в процессе развития военной техники и военного искусства неизменно возрастает,
1 М. В. 3 а х а р о в. О научном подходе к руководству войсками. М., Воениздат, 1967, стр. 59.
10
.содержание ее непрерывно изменяется, а область практического применения расширяется. Внутри нее появляются отдельные отрасли: авиационная, военно-морская и др.
В настоящее время в СССР и за рубежом в известной мере изменяется направленность инженерной психологии в целом. Принято выделять два этапа развития инженерной психологии: накопление и анализ психофизиологических данных в интересах улучшения отдельных конструктивных решений (середина 40-х — середина 50-х годов нашего столетия); инженерно-психологический анализ отдельных систем «человек — машина» (середина 50-х — середина 60-х годов). Сейчас намечается третий этап, связанный с построением больших систем. Типичными представителями больших систем являются автоматизированные системы управления (АСУ). Большие системы характеризуются значительным количеством составляющих их разнородных элементов, сложными функциональными зависимостями между ними, огромными потоками информации, многофункциональностью, динамическими отношениями между регулятором поведения и управляемыми объектами, единой иерархической структурой.
Системы строятся на принципах максимальной механизации и автоматизации операций при фиксации и записи исходных сведений, а также при их первичной обработке для формирования информационных потоков.
Техническая вооруженность больших систем должна обеспечивать формирование достоверной информации, первичную обработку ее на низких ступенях, оперативную и точную передачу ее в соответствующие звенья сети, накопление и непрерывное обновление информации и своевременное выполнение всех необходимых расчетов.
Большие системы в войсках относятся к «игровым» системам управления, имеют автономный характер и связаны со значительным участием человека. Зенитный ракетный комплекс, например, представляет собой семейство таких систем. АСУ военного назначения состоят из ряда подсистем: управляемых объектов, организации управления, обеспечения управления, контроля и т. д. Каждая из них в свою очередь может быть сложной системой. Человек-оператор — важнейшее и решающее звено любой подсистемы.
Ныне в области военно-инженерной психологии возникают задачи осмысления накопленного фактического материала, разработки теоретических основ данной дисциплины. Ставится вопрос о разработке инженерно-психологических основ построения и использования больших систем военного назначения.
Ниже приводится структурная схема основных направлений военно-инженерной психологии с учетом рассмотренных тенденций ее развития (рис. 1), разработанная при участии
II
Рис. 1. Структурная схема основных направлений военно-инженерной психологий
В. А. Бодрова, Б. В. Блинова, Ю. Г. Мона и других. В основу схемы положены функционально-целевые критерии.
Выделены направления: 1) психофизиологические аспекты военно-инженерной психологии; 2) конструкторско-системотехническая военно-инженерная психология; 3) кибернетическая психология; 4) эксплуатационная военно-инженерная психология; 5) проблема обитаемости; 6) проблема профессионального отбора; 7) военная инженерно-педагогическая психология Все эти проблемы, как в фокусе, собираются при решении задач отраслевых направлений применительно к отдельным видам вооруженных сил и родам войск. На схеме показана статистика разработанности отдельных направлений по литературным данным.
К основным методологическим проблемам военно-инженерной психологии в настоящее время могут быть отнесены: а) определение роли и места человека в управлении войсками и влияния человеческого фактора на эффективность использования оружия; б) выявление структуры и принципов военно-инженерной психологии; в) определение структуры различных систем «человек — машина» военного назначения; г) методы экспериментальных исследований, требования к экспериментальным установкам; д) математический аппарат, методы моделирования; е) принципы и методы использования данных военно-инженерной психологии в технике и др. Следует сказать, что все эти проблемы далеко еще не разработаны.
Идейной основой военно-инженерной психологии является марксистско-ленинская философия, в частности учение о войне и армии.
Психофизиологические аспекты военно-инженерной психологии
Конструкторско-системотехническая психология и эксплуатационная военно-инженерная психология опираются на 'исследования психофизиологических и психологических характеристик человека. При этом используются как данные, полученные в физиологии высшей нервной деятельности, психофизиологии органов чувств, общей и военной психологии, так и данные, полученные в рамках инженерно-психологических разработок. Поскольку характеристики психофизиологических процессов носят вероятностный характер, для инженерно-психологической практики важно, чтобы различные характеристики человека оценивались через законы распределения. При этом необходимы единая классификация психофизиологической информации, а также методика ее сбора, накопления и обобщения.
1 В последних трех направлениях имеются в виду смежные с военноинженерной психологией вопросы.
13
Анализ психофизиологических и психологических характеристик человека в первую очередь должен включать вопросы; приема, переработки и хранения информации военным оператором, характеристику его моторных функций, пространственных и технических представлений, операторского и оперативного мышления. Сюда же входит оценка работоспособности и. утомляемости человека-оператора.
Числовые величины многих из названных характеристик,, имеющих значение для военной практики, в настоящее время известны. Но некоторые из них изучены далеко не достаточно. До сих пор, например, до конца не ясен вопрос об оценке пропускной способности анализаторов, с применением теоретикоинформационных мер. В частности, установлено, что пропускная способность зрительного анализатора при приеме элементарной информации (буквы, цифры, простые геометрические' фигуры) равна нескольким десяткам двоичных единиц (бит) в секунду, а при переработке информации она падает до четырех бит в секунду (В. П. Зинченко и др., 1965). Следовательно,, в каждом отдельном случае необходим конкретный психологический анализ исследуемого процесса. В этом отношении представляют интерес исследования, посвященные структурному анализу деятельности оператора и временных затрат на выполнение каждой операции с определением закономерных связей между количеством информации и временем, необходимым: для ее приема и преобразования.
К сожалению, зачастую неизвестны законы распределения психофизиологических данных и степень их достоверности.
Для военной инженерной психологии большое значение имеет оценка интегральных характеристик человека: быстродействия, точности, надежности и эффективности. Приходится, однако, признать, что и эти вопросы изучены явно недостаточно. В первую очередь это относится к надежности.
Обычно под надежностью человека понимается его способность выполнять требуемые функции с заданной точностью в заданный интервал времени применительно к конкретным условиям. В надежность человека могут быть включены: безошибочность его действий, выносливость, восстанавливаемость, работоспособность, степень поражаемости, связанная с воздействием производственных и боевых факторов. Как известно, в надежность технических средств входят: помехоустойчивость, безотказность, ремонтопригодность, долговечность, аварийность и живучесть. Если эту совокупность свойств считать соответственно мерилом качества элемента или системы, то надежность техническая представляет собой характеристику качества, отнесенную ко времени или числу успешно выполняемых операций. Нетрудно видеть известную аналогию между надежностью технических средств и надежностью человека. Однако эта аналогия условна, ибо надежность человека являет -14
ся сложной, нелинейной функцией его профессиональной пригодности, обученности, тренированности, стрессовой устойчивости, психофизиологического состояния, ряда личностных, морально-психологических качеств. Вот почему надо осторожно относиться к использованию критериев технической надежности применительно к человеку.
В настоящее время предложен ряд критериев надежности для «человеческого» звена системы «человек —машина»: вероятность безотказной работы в заданном интервале времени, вероятность отказа, частота и интенсивность отказов, ряд временных критериев, коэффициент готовности и др.
Видимо, в общем виде критерий надежности человека-оператора представляет собой определенную вероятностную и динамическую систему, состоящую из кортежа частных критериев. Причем при оценке надежности необходимо расчленение деятельности на определенные операции (с их весовой или балльной оценкой) и этапы, а также учет режима работы.
Обычно эффективность оператора понимается шире: как степень успешности своевременного выполнения возложенных на него задач в любых условиях обстановки.
Поэтому при оценке боеготовности комплексов «человек — машина» принимается во внимание критерий надежности технических средств с учетом приспособленности их к человеку и общий критерий эффективности личного состава. Последний включает: надежность, своевременность, стрессоустойчивость, интеллектуальную, или эвристическую, активность, морально-политическое состояние и др. При этом должна оцениваться надежность и эффективность цепочки операторов, инженеров и командиров разного ранга, коллектива в целом. Речь идет о надежности и эффективности больших систем, включающих значительные коллективы людей. Задача эта весьма сложная, в полной мере пока не решаемая. Здесь должны учитываться аспекты социальной психологии, психологии групповой деятельности. Для ее реализации необходимо использование стохастических моделей с учетом фактора установки. Перспективным направлением оценки надежности и эффективности таких систем (в динамике) является направление, связанное с использованием стохастических игровых моделей. Не трудно видеть огромную важность этих вопросов, связанных с повышением эффективности ратного труда.
Следующей важной проблемой является профессиографи-ческий анализ деятельности военных операторов. В этом отношении значительный интерес как для конструкторско-системотехнической, так и для эксплуатационной инженерной психологии представляет психофизиологическая классификация деятельности операторов, разрабатываемая В. И. Медведевым-и Г. М. Зараковским. Классификация носит многомерный характер. В ней отражаются различные функции и качества
15.
оператора с учетом их весов и цен. ‘Каждая деятельность описывается как многомерный вектор. В основу классификации положен ряд принципов: характер системы, тип переработки информации, характеристика входных сигналов, временные характеристики, конечный эффект и др. Возможно, необходимы известное обобщение и уточнение предложенной системы, введение военно-психологических характеристик, но в целом она представляется нам правильной.
Для военно-инженерной психологии большое значение имеет функционально-алгоритмический анализ военной деятельности. Речь идет об операционном анализе деятельности, о расчленении операций на элементарные действия и логические условия их выполнения с последующим объединением в более крупные структуры и формализованном описании деятельности. При этом целесообразно использовать символическую запись. Такой подход дает возможность количественно оценить деятельность оператора через систему критериев. В настоящее время предложен ряд энтропийных и временных характеристик, показатели стереотипности, логической сложности деятельности и др.
Подобный функционально-алгоритмический анализ важен для проектирования деятельности человека и для рационализации производства работ путем выявления «слабых» звеньев в конкретном рабочем процессе, перераспределения потоков информации, совершенствования технологического графика работ и т. д. Разумеется, здесь еще не решен целый ряд вопросов. Например, описания эвристической деятельности человека, групповой деятельности операторов и др.
Выходом из изучения психофизиологических аспектов инженерной психологии должна быть разработка конкретных методик: объективной регистрации психофизиологических характеристик оператора, оцределения загрузки оператора, оценки .надежности работы оператора и т. д.
Конструкторско-системотехническая военно-инженерная психология
В конструкторско-системотехническую военно-инженерную психологию входит большой комплекс теоретических и практических задач (рис. 2).
В настоящее время главной проблемой конструкторско-системотехнической инженерной психологии является инженерно-психологическое обоснование построения больших систем управления и контроля, в первую очередь АСУ, боевых комплексов и систем вооружения.
Построение больших систем — сложный творческий процесс, требующий привлечения специалистов разного профиля. Этот процесс организуется на основе тактико-технического Л6
Конструктор с к о-систематическая инженерная психология
Использование инж.-психолог. данных в процессе .изобрет. и раиионал. работы
Инжен,-психол. обосн ов. поощрения ВАС У, 6) комплексов и средств
Рис,
2. Основные задачи конструкторско-системотехнической военно-инженерной психологии
задания и складывается из нескольких этапов. Американские системотехники Г. X. Гуд и Р. Е. Макол выделяют следующие этапы: начальный, организационный, предварительного проектирования, основного проектирования, макетирования, испытания и отладки. На каждом этапе решается определенный набор инженерно-психологических задач1.
На наш взгляд, особое значение здесь имеет проектирование деятельности человека-оператора (группы операторов). Этот процесс, в первом приближении, включает: а) определение места и роли человека на разных этапах управления; б) осмысление функциональных обязанностей личного состава; в) операционный анализ структуры деятельности; г) выявление психофизиологических требований канализаторам человека, его моторным характеристикам, психическим процессам, функциям, состояниям и свойствам; д) построение определенной психологической модели поведения оператора, которая с известными ограничениями может быть формализована в виде машинной модели, причем отдельные «выходные» операции могут быть описаны через систему передаточных функций; е) определение оптимального взаимодействия между человеком и техническими звеньями системы и предъявление требований к последним.
Разумеется, это лишь схема. Но подобный подход позволяет заложить принципы, вытекающие из психофизиологических характеристик человека, в саму систему на самых ранних этапах ее проектирования.
Эта линия должна быть продолжена и при внутреннем проектировании системы, при разработке конкретных пультов,, устройств наглядного отображения информации, элементов, управления. В основу методик их построения необходимо положить принцип функционального анализа деятельности оператора, с последовательной конкретизацией его действий в разных сферах (визуальной, акустической, моторной), с квантованием их на операции и подоперации.
Следующей важной проблемой системотехнической инженерной психологии является разработка принципов, методов и-критериев оптимизации согласования возможностей человека с техническими характеристиками системы на основе количественных оценок.
Сейчас в известной степени меняется взгляд на эти принципы. К основным из них можно отнести: а) принцип согласования преимущественных возможностей человека и технического устройства с наиболее оптимальной системой, в которой функции между человеком и машиной распределяются в соответствии с преимуществами каждого из них; б) принцип-
1 См. Г. X. Гуд, Р. Е. Макол. Системотехника. Введение в проекта-, рование больших систем. М., Изд-во «Советское радио», 1962.
18
эквивалентности входных и выходных характеристик человека и технического устройства; в) принцип максимизации показателей системы «человек—машина», которая обеспечивает максимальное значение интересующего параметра ('быстродействие точность, надежность и т. п.); г) принцип ответственности, необходимой при распределении функций между человеком и техническими устройствами, в соответствии с их значениями в процессе управления; д) принцип резервирования системы, обеспечивающей перераспределения функции между человеком и техническими устройствами в самом процессе ее функционирования. К этому надо добавить принцип учета психологических особенностей деятельности оператора в системе, психологической структуры его деятельности.
Распределение конкретных функций между человеком-оператором и техническими средствами является одной из важнейших задач проектирования системы. Эта проблема в системах военного назначения содержит и дополнительные трудности, связанные с неопределенностью внешней среды, в первую очередь с поведением противника.
В процессе проектирования необходимо выявить задачи, возлагаемые на оператора и технические устройства; определить потребное количество операторов в звене системы; выявить алгоритм работы оператора (группы операторов) и технических средств; определить состав и характер УНО, органов управления, средств коммутации, необходимых операторам для выполнения своих функций. Возможности человека и технических средств оцениваются через законы распределения их параметров.
Одной из важнейших проблем военно-инженерной психологии является разработка методов и критериев определения возможностей и целесообразности автоматизации функций человека. Общий путь ее решения сводится к следующему: 1) структурный анализ деятельности операторов; 2) выявление закономерностей развития и формирования информационных, умственных и исполнительных действий у человека; 3) определение возможностей автоматизации этих действий; 4) учет интересов системы при автоматизации отдельных звеньев.
Главное здесь — определение рациональной степени автоматизации деятельности человека и на этой основе оптимальное распределение функций между боевыми расчетами и автоматическими средствами. Дело в том, что операции, выполняемые человеком, реализуются на современных управляющих машинах в разной степени. Некоторые из них, например операции принятия решения с творческим, эвристическим характером, до конца не могут быть автоматизированы даже при самом высоком уровне автоматизации и останутся за человеком.
Для выполнения рассматриваемой задачи может быть при
менена методика, основанная на операционном анализе деятельности оператора и использовании весовых характеристик выполняемых операций и временных затрат на их выполнение. Указанные характеристики до и после автоматизации могут быть получены статистическим путем или способом экспертных оценок1. Теоретические расчеты и некоторые эксперименты показывают, что последний способ дает достаточно хорошую сходимость.
Помимо этого, необходим учет интересов подсистем и системы в целом. При решении вопросов автоматизации следует учитывать место и общий вес деятельности тех или иных лиц в системе. Необходим набор весовых критериев, характеризующих работу системы в целом, с учетом индивидуальных цен подсистем, отдельных звеньев, в том числе человека-оператора. При решении проблем автоматизации в военном деле в первую очередь следует обращать внимание на выявление «ненадежных» функций у человека в стрессовой обстановке, а также учитывать особенности функционирования военной техники в боевых условиях.
Надежды некоторых ученых, особенно за рубежом, на полную автоматизацию технических систем не оправдались. В тех случаях, когда удавалось создать полные автоматические системы, их возможности оказывались весьма ограниченными. Для опеспечения необходимой надежности приходилось многократно дублировать некоторые звенья системы, что значительно повышало их стоимость. В сложных, непредвиденных условиях автоматы нередко не справлялись с возложенными на них задачами и отказывали. Сравнение полных автоматических систем с системами, обслуживаемыми человеком, показало, что последние могут работать более надежно за счет реализации в них положительных качеств, пластичности, универсальности человеческого звена.
Как видно, необходимы тесное взаимодействие и координация системотехнических, инженерно-психологических, а также социально-психологических и экономических факторов, ибо чрезмерная автоматизация, равно как и бесконечное увеличение неавтоматизированных элементов, влечет огромные экономические затраты. Здесь речь идет о новом направлении инженерной психологии, лежащем в русле исследований логики процессов управления.
С усложнением больших систем резко встает и вопрос оптимизации потоков 'информации. С инженерно-психологической точки зрения большое значение для решения этой задачи имеют, во-первых, селекция информации в зависимости от
1 См. И. В. Еременко, Б. Ф. Ломов, В. Ф. Рубахин. О психологических и системо-технических факторах в сложных автоматизированных системах управления. «Проблема инженерной психологии», №7, вып. 1, М., 1968.
20
уровня системы и, во-вторых, дифференцированный выбор формы отображения информации на каждом уровне.
Все эти вопросы объединяются в рамках психологической теории кодирования информации. В настоящее время в инженерной психологии решен ряд методических вопросов по выбору и построению алфавита знаков по созданию рациональных информационных моделей.
Выполненные исследования показывают, что при разработке психологических основ проектирования знаковых систем следует исходить из структурной природы процессов восприятия и опознания сигналов, учитывая их статистические и эвристические аспекты. Перспективным, на наш взгляд, является создание динамических алфавитов сигналов, в которых бы сигналы изменяли свои характеристики в соответствии с логикой операций приема и переработки информации1. Для оптимизации информационных моделей полезно использование аппарата статистического моделирования на основе теории статистических решений.
Построение военных систем включает конструирование отдельных технических средств, отдельных блоков этих средств. При конструировании образцов военной техники должны учитываться психофизиологические возможности человека, его слабые и сильные стороны. В настоящее время в инженерной психологии накоплен известный опыт по компоновке оборудования на постах управления, по построению устройств наглядного отображения информации (УНО), по созданию органов управления.
В частности, определены в первом приближении принципы расположения аппаратуры на пультах управления. Основным из них является принцип значимости, в соответствии с которым все связанное с выполнением главных операций должно располагаться на наиболее видных и удобных местах, в научно обоснованной последовательности. Важным является и принцип функциональности, требующий группировки индикаторов и органов управления по их назначению. Следует упомянуть также принцип частоты применения, в соответствии с которым наиболее часто используемые приборы должны всегда находиться «под рукой». Помимо этого, проведены конкретные исследования по рациональному построению панелей. Интересны разработки, показывающие необходимость соответствия информационных моделей мысленному оперативному °оразу управляемого объекта2. Эксперименты, проведенные
1 См. Б. Ф. Ломов. О некоторых критериях оценки сигналов, переда-логиХ Н1цФ°Рмацию человеку-оператору. Сб. «Проблемы инженерной психо-
См. Д. А. О ш а н и н. Оперативный образ управляемого объекта в чсгемах «человек и автомат». Материалы XVIII Международного пси-ологнческого конгресса. Симпозиум 27. М., |1966.
21
в системе ТЭЦ, показали, что при наличии такого соответствия общее время выполнения всех операций сократилось более чем в 3,5 раза при резком сокращении ошибок оператора.
В настоящее время инженерами-психологами предложен ряд оригинальных решений построения УНО. Так, американскими психологами совместно с инженерами разработана система индикации, обеспечивающая разгрузку зрительного анализатора летчика за счет перевода части сигналов на слуховую индикацию. Для повышения скорости и точности восприятия оператором большого количества параметров созданы с помощью средств радиоэлектроники интегральные индикаторы, заменяющие несколько отдельных приборов и воссоздающие условное «картинное» изображение обстановки. Последние получили название контактных аналогов. Так, в США разработана система ANIP (Army Navy Instrumentation Program) для управления самолетом. Она заменяет показания ряда стрелочных приборов о некоторых параметрах полета (особенно о посадке) телевизионным изображением. Использование этой системы значительно повысило надежность полетов, в результате чего за десять лет эксплуатации было получено около 300 млн. долларов экономии1. Интегральные индикаторы используются на атомных подводных лодках. Они заменяют показания восьми отдельных стрелочных приборов условным изображением положения и движения лодки в виде дорожки с индексом на экране ЭЛТ. Инженерами-психологами ведутся интересные разработки по созданию электролюминесцентных устройств индикации с делением их на детальные и обобщенные, а также объемных систем индикации и др.
Весьма сложен вопрос работы с зашумленными информационными моделями, например радиолокационными. Последние связаны с источником информации и с запечатленными у оператора эталонными образами не взаимно однозначными, изоморфными связями, а так называемыми гомоморфными отношениями. Возникает специфическая задача по конкретизации этих отношений, снятию неопределенности, которая, на наш взгляд, может быть решена на базе экстраполяционной статистики с использованием ЭЦВМ2.
В настоящее время проведено немало инженерно-психологических исследований по изучению органов управления. До недавнего времени при конструировании органов управления обычно исходили из принципа экономии рабочих движений оператора. В соответствии с этим принципом считалось, что из
1 См. Electronic Information Display Systems. Washington—London, 1M3.
2 См. В. Ф. Рубахин, Ю. И. Фейгин. К проблеме изоморфизма при восприятии информационных моделей. /Материалы конференции по психологии. Л., изд. ЛГУ, 1967.
22
всех возможных движений оператора следует выбирать по усилию минимальные, а по размаху наиболее короткие. Но такой подход оказался не совсем правильным.
Современные инженерно-психологические исследования показывают, что принцип экономии движений не является главным в проектировании органов управления. Основные ошибки оператора обусловлены не излишними усилиями и движениями, а неверной конструкцией пультов, не обеспечивающих оптимальных условий для действий его в соответствии с задачей. Так, большинство ошибок летчика и танкиста состоит в том, что они смешивают органы управления, забывают нужные действия, выполняют реверсивные (обратные) движения. Все это связано с трудностями различения органов управления, соотнесения их с показаниями индикаторов. Военноинженерная психология дает конкретные рекомендации по наилучшему размещению в рабочей кабине той или иной машины приборов управления.
Несмотря на имеющиеся реальные положительные результаты в области конструкторско-системотехнической инженерной психологии, эту область нельзя признать разработанной на уровне современных требований войск. К сожалению, КП, посты управления различных родов войск нередко оборудуются без учета требований военно-инженерной психологии и технической эстетики. Рабочие места начиная от кресла оператора зачастую оборудованы неудовлетворительно. Имеются недостатки в области создания аппаратуры. Широко распространены измерительные приборы с вертикальной шкалой, тогда как установлено, что человек делает наименьшее количество ошибок при считывании показаний с приборов с горизонтальной шкалой. Порой УНО дают избыточный объем информации, не обеспечивая согласование скорости предъявления информации с возможностями человека, фиксируют не изменения обстановки, а всю обстановку. Часто средства сигнализации и органы управления не дифференцированы по назначению и степени важности. Много недостатков в оформлении боевой документации, руководств и инструкций, перегруженных ненужными деталями, и т. д. и т. п.
Выполненные исследования по своему размаху и глубине Далеко не отвечают запросам практики. В то же время ориентировочные расчеты специалистов показывают, что совершенствование постов управления и улучшение организации работы на них, путем учета требований инженерной психологии, позволяют уменьшить расход времени оператором на некоторых установках до 30% и тем самым повысить производительность его труда на 10—20%. Кроме того, обеспечение оптимального взаимодействия человека с техникой позволяет повысить надежность комплексов «человек — машина» на разряд.
23
Устранить отмеченные недостатки возможно, если в разработке технических средств примут более активное участие военные инженеры-психологи и будет повышен уровень психологической подготовки военных инженеров. При надлежащей инженерно-психологической подготовке отдельные технические решения могут быть реализованы непосредственно в войсках в процессе изобретательской и рационализаторской работы.
Кибернетическая психология
Особое место в современной военно-инженерной психологии занимает моделирование деятельности военных операторов с помощью машинных и физических моделей. Это направление мы условно называем кибернетической психологией.
Данное направление включает следующие основные задачи: а) моделирование работы отдельных звеньев системы «человек— машина» с целью прогнозирования их эффективности и оптимизации; б) использование методов технической кибернетики для более глубокого изучения функций человека; в) моделирование психофизиологических функций человека (перцептивных, мыслительных, двигательных и др.) в целях использования психофизиологических принципов при построении технических средств. По линии последней задачи данное направление смыкается с бионикой.
Моделирование психофизиологических функций — огромная научная проблема. В настоящее время в психологии накоплен большой экспериментальный материал по описанию так называемых содержательных моделей — перцептивных, концептуальных и др. Речь идет о построении их аналогов в виде технических моделей. Трудно переоценить их роль в военной практике в связи с задачами автоматизации и необходимостью действовать в стрессовых, опасных ситуациях, на зараженной! местности, в сложных физических средах — в воздухе, под водой и т. п.
Большое значение имеет создание читающих иопознающих автоматов по опознанию зрительных образов, в том числе разведывательной информации и речевых сигналов-команд. В настоящее время разработано значительное количество пред-программированных и вероятностных моделей, в том числе самообучающихся, перцептроного типа. К сожалению, созданные модели недостаточно соответствуют содержательным психологическим моделям, имеют либо фиксированную алгоритмическую структуру, либо характеризуются излишней статистичностью и не обеспечивают универсальный подход к выделению информации, признаков опознаваемых объектов. Отсюда их низкое быстродействие и ограниченное практическое использование применительно лишь к опознанию объектов жесткой конфигурации. На наш взгляд, наиболее перспективным является детерминированно-эвристический подход к мо
24
делированию с максимальным воспроизведением принципов, работы человека (см. настоящий сборник).
Ныне в данной области поднимается еще очень важный, теоретический и практический вопрос — «психологизации» общения человека с машиной. Этот вопрос обсуждался на. XVIII Международном психологическом конгрессе в 1966 году Речь идет о том, чтобы приблизить машинные языки к языку человека, упростить процесс программирования. Все-это очень важно для обеспечения надежности работы оператора ЭВМ в стрессовых условиях боевой обстановки. Создание-языковой системы для машины, основанной на простой грамматической основе, с буквенно-цифровыми носителями планируется в США к началу 70-х годов.
Эксплуатационная военно-инженерная психология
Эксплуатационная военно-инженерная психология тесно-связана с психологической подготовкой войск. Как бы ни была совершенна военная техника, оптимальная работа с ней требует учета всех психофизиологических качеств и способностей, человека. По данным Гродского и Леви, ошибки человека составляют от 20 до 40% и более ненадежности некоторых, американских ракетных систем. Причем эти данные относятся к условиям отсутствия реальной опасности. По данным американской статистики, количество аварий и катастроф в. ВВС США, обусловленных человеческим фактором, в 1966 г. составило 40% от общего их числа. Большое число происшествий, аварий, отказов в войсках обусловлено эксплуатационными и монтажными причинами, за которыми кроются ошибки человека, совершенные в силу отсутствия должной организации его труда и безопасности либо ввиду недостаточной; технической подготовки, незнания правил эксплуатации боевой техники.
Основные проблемы эксплуатационной военно-инженерной; психологии показаны на рис. 3.
Одной из основных проблем эксплуатационной военно-инженерной психологии является анализ поведения, работоспособности и утомляемости операторов в разных режимах работы (наблюдения, ожидания, управления и т. д.), особенно в стрессовой ситуации. Особую трудность представляют исследования структуры деятельности, работоспособности и надежности военных операторов в условиях угрозы применения-и применения противником оружия массового поражения, в условиях напряженности и перенапряженности, в моменты смертельной опасности. Методика подобных исследований далеко не разработана. Здесь остро стоит
1 См. Д. Ю. П а н о в. О проблеме общения человека с машиной. Материалы XVIII Международного психологического конгресса. Симпозиум 27. М„ 1966.
25
вопрос о моделировании реальных условий боевой обстановки. Видимо, некоторый материал может дать статистика стихийных бедствий — землетрясений, наводнений и т. п„ а также катастроф и аварий. Полезным может оказаться создание ложно-аварийных ситуаций с фиксацией физиологического состояния личного состава через систему датчиков.
Следующая важнейшая задача—разработка инженернопсихологических вопросов научной организации военного труда, имеющая в современных условиях большой напряженности и высокой ответственности чрезвычайное значение. В своей основе эта задача психологическая. НОТ имеет большое значение для рациональной организации работ в войсках, штабах, ВУЗах, НИИ. Сюда входят самые разнообразные вопросы: штанные, планирования, боевой документации, режима пруда и отдыха и др.
Данные, полученные при анализе работы офицеров одного из штабов, показали, что коэффициент полезного действия штабных офицеров снижается не менее чем на 10—15%, а то и больше за счет неприспособленности рабочих мест, отсутствия благоприятных условий для работы, нарушения режима, ненужной перегрузки офицеров, особенно в период учений. В крупных штабах и учреждениях высококвалифицированные специалисты нередко используются для решения незначительных, чисто технических вопросов, на которые уходит очень много времени. Низкая НОТ затрудняет внедрение оргтехники, всякого рода управляющих машин, включая диктофоны, магнитофоны, копировальные устройства и др.
Особое значение имеет оптимальная организация боевого дежурства в войсках. Здесь в каждом отдельном случае необходимо научное обоснование длительности дежурства, чередования смен, распределения нагрузок по часам, организации отдыхай т.п. Для повышения боеготовности большое значение имеют: создание у личного состава морально-психологического настроя и поддержание его в процессе дежурства, правильное комплектование боевых расчетов, активизация деятельности операторов во время дежурства, психофизиологический контроль за состоянием личного состава.
При активизации деятельности необходимо учитывать режим работы операторов. Так, при работе в режиме ожидания в условиях монотонного наблюдения просчеты операторов связаны с вероятностными ошибками и потерей ими «бдительности». Как показали исследования на железнодорожном транспорте и на подводных лодках, для такого режима боль-Щое значение имеет способность быстрого и точного перехода от состояния пассивного ожидания к экстренным действиям. Статистика говорит, что из всех аварий на железнодорожном транспорте, происшедших по вине машиниста, примерно 60% связано с резким снижением бдительности. Здесь необхо
27
димы специальные рекомендации, как «снимать» напряженность у операторов, повышать их внимание и бдительность.
В этом отношении попытки установить наблюдение за психофизиологическим состоянием операторов во время несения боевого дежурства или выполнения какой-либо другой ответственной работы имеют большое практическое значение. Контроль может и должен проводить не только врач или психолог, но и командир, инженер и политработник. Для этого необходимо четко представлять себе функциональные обязанности подчиненных и знать возможное снижение надежности и эффективности у операторов по дням и часам дежурства.
Рассматривая состояние оператора как сложный, многокомпонентный образ в некотором A-мерном пространстве, можно для оценки, контроля состояния 'и работы человека в сложных системах управления использовать методы автоматического опознания образов с помощью ЭВМ (см. настоящий сборник).
Интересна методика, разработанная В. М. Ахутиным и его сотрудниками, для автоматического регулирования физиологических процессов человека. Разработан регистрационно-информационный и управляющий комплекс для автоматического слежения за состоянием оперируемых больных. Комплекс включает набор датчиков, управляющую ЦВМ и систему активного вмешательства для автоматической подачи фармакологических и других средств нормализации на основе реализации обратных связей. В принципе подобные системы могут быть использованы для оценки и регулирования психического состояния операторов, перераспределения функций между человеком и машиной, между разными группами операторов, для изменения потоков информации и т. д.
Особое значение в эксплуатационной инженерной психологии имеет проблематика групповой психологии. Дело в том, что современное оружие — ракетные установки, средства ПВО, подводные ракетоносцы — оружие коллективное, требующее безупречной слаженности и согласованности действий личного состава расчетов, экипажей, а их — между собой. В связи с этим возникает много специфических вопросов, таких, как закономерности формирования воинских коллективов с выявлением лидеров в них; психофизиологической совместимости; групповой деятельности и взаимодействия операторов разного профиля и уровня; оценки надежности боевых расчетов.
Как было сказано, эксплуатационная инженерная психология тесно связана с психологической подготовкой войск.
Мастерское владение оружием, отличная боевая выучка воинов, их преданность Родине, Коммунистической партии, народу, крепкий моральный дух наших войск, а также высокое искусство советских военных руководителей во многом определяют могущество наших Вооруженных Сил. Особое
28
значение для инженерной психологии из области огромной проблемы морально-психологической подготовки войск имеют вопросы, связанные с обслуживанием и использованием боевой техники: прогнозирование действия психогенного фактора, целенаправленное развитие морально-боевых и других профессионально-важных психологических качеств у операторов, способы воздействия на психику личного состава в ходе боя.
Решение всех этих проблем даст возможность выполнить главную задачу эксплуатационной военно-инженерной психологии— обеспечение оптимального использования человека-оператора и боевых расчетов в технических системах военного назначения. Функционально-алгоритмический анализ деятельности операторов обеспечит разработку оптимальных инструкций и пособий по эксплуатации оружия и боевой техники, в том числе в виде графических, алгоритмических схем, весьма эффективных на практике1.
Проблема обитаемости
Военно-инженерная психология неразрывно связана с проблемой обитаемости, главным содержанием которой является изучение влияния внешней среды на жизнедеятельность и работоспособность личного состава. Факторы внешней среды можно объединить в две большие группы. К первой относятся физические, химические и биологические факторы. Ко второй— факторы, связанные с функционированием систем «человек— машина», воздействием противника и социальной среды.
Проблема обитаемости имеет самостоятельное значение, но взаимодействует с инженерной психологией как по линии внешних, так и внутренних связей.
Специальные исследования показывают зависимость эффективности работы операторов от всех этих факторов. Внешние помехи подобного характера вызывают заметные сдвиги целого ряда физиологических и психических функций, снижают скорость и точность протекания сенсомоторных реакций, повышают утомляемость, значительно снижают работоспособность. Следовательно, необходимо создание благоприятных, в пределах возможного, условий работы личного состава.
Проблема обитаемости охватывает очень много вопросов. Сюда входят: разработка средств защиты от ракетно-ядерного оружия, защитной одежды, организация техники безопасности и многое другое. В целом это комплексная медико-биологическая, психологическая и техническая проблема.
1 См. В. П. Кондратьев. Символическая форма записи алгоритмов работы оператора. «Проблемы инженерной психологии», вып. 4, 1966.
29
Проблема профессионального отбора
Военная деятельность требует психологического отбора лиц, способных обеспечить наибольшую эффективность выполнения определенных задач, характерных для данного вида операций, в том числе в экстремальных условиях.
Советскими учеными разработаны основы комплексного подхода к профессиональному отбору. При отборе должны быть выявлены психофизиологические качества, связанные с нейрофизиологическими особенностями человека, его потенциальные способности к овладению необходимой системой знаний, умений и навыков, морально-характерологические и волевые свойства личности.
Своей комплексностью и динамичностью подобный отбор, отличается от статического, тестового отбора, широко распространенного в капиталистических армиях, где тестовые испытания выполняют социальный заказ империалистической буржуазии.
В настоящее время у нас в стране исследования в области отбора проводятся в ряде научных учреждений. Практические результаты имеются в ВВС. Интересны данные, полученные в Научно-исследовательском институте психологии Академии педагогических наук СССР. Установлено, что в сложных, например аварийных, ситуациях, требующих большой активности, успешнее действуют лица с сильным типом нервной деятельности, с активными процессами возбуждения и торможения. Таких людей целесообразно использовать для различных видов диспетчерской деятельности. А вот для выполнения монотонной работы — в режиме ожидания сигнала, — оказывается, более пригодны лица со слабым типом высшей нервной деятельности.
Имеющийся опыт свидетельствует о значительном повышении эффективности обучения и уровня психологической подготовки у личного состава, прошедшего предварительный научно обоснованный отбор. По данным исследований, проведенных в некоторых училищах Сухопутных войск и ВМФ, отбор повышает успеваемость в среднем на 0,5 балла. При этом резко сокращается отсев обучаемых и снижаются общие затраты на их подготовку (примерно на 20—30%). По американским данным, отбор в военных училищах ВВС США дает экономию около 1 млн. долларов на каждые 100 окончивших обучение летчиков. Однако до сих пор не решены вопросы комплексной, всеохватывающей системы профориентации и отбора. Недостаточно разрабатываются методы оценки морально-боевых качеств.
Военная инженерно-педагогическая психология
Подготовка военных инженеров, техников, операторов настоятельно требует разработки эффективных методов их 30
Р и с. 4. Основные задачи военной инженерно-педагогической психологии
обучения. Эта проблема может быть решена только на основе .глубокого психологического анализа военно-технической подготовки.
На рис. 4 перечислены основные задачи военной инженерно-педагогической психологии в современных условиях. Они могут быть объединены в две группы: теоретическую и практическую.
К первой группе относятся: а) психологическое обоснование принципов и методов подготовки операторов; б) анализ алгоритмических основ военно-технической подготовки; в) оптимизация потоков учебной информации; г) исследование психологических закономерностей формирования прочных, не-разрушаемых в боевых условиях знаний, умений и навыков, в том числе коллективных; д) (разработка стохастических моделей и критериев обучения и обученности операторов. Все эти вопросы еще недостаточно разработаны в военной практике. Нужны специальные психолого-педагогические исследования с количественным анализом закономерностей формирования знаний, навыков и умений.
Ко второй группе относятся практические вопросы, связанные с активизацией и интенсификацией учебного процесса, включая разработку психологических основ программированного обучения, исследование принципов создания и использования тренажеров и других технических средств обучения, анализ возможностей использования машинных моделей для подготовки операторов и т. п. Роль этих вопросов резко возрастает в связи с введением нового Закона СССР о всеобщей воинской обязанности (1967 г.) и сокращением сроков военной службы.
Важное значение здесь имеет правильная организация усвоения учебного материала. Она может быть обеспечена на основе теории поэтапного формирования умственных действий, развиваемой А. Н. Леонтьевым, П. Я. Гальпериным и их сотрудниками. В основу данной теории положена идея об обучении как особом виде управления по формированию знаний, умений и навыков. Методика организации усвоения учебного материала содержит: составление программы действий обучаемых; составление и реализацию программы поэтапного усвоения учебного материала. Поэтапная отработка информационных и умственных действий включает: предварительное ознакомление с учебным материалом, выполнение задания в материальной форме, в плане устного проговаривания и в умственном плане. Имеющиеся экспериментальные материалы свидетельствуют об эффективности такого подхода в техническом обучении. Необходима дифференцировка подобного подхода применительно к различным видам технической подготовки.
При подготовке военных операторов в условиях возросшего объема учебного материала первостепенное значение принад-32
лежит созданию и использованию системы технических средств обучения, в первую очередь тренажеров, стендов и других обучающих устройств. В процессе обучения желательно использовать динамические модели реальной ситуации па базе специализированных ЭВМ, на основе которых могут быть разработаны комплексные тренажеры, имитирующие работу операторов в различных условиях.
Задачи по военному обучению, в том числе инженерно-техническому, неразрывно связаны с задачами по воинскому воспитанию личного состава. В процессе обучения должны формироваться не только технические знания, умения и навыки, но и определенные организаторские, инженерно-технические и методические качества и навыки. Необходимо формирование технического мышления, технических представлений, профессионально-важных психологических качеств, определенных способностей.
Эта область воспитания, требующая своих методов воздействия, может быть реализована через учебные курсы по военно-инженерной психологии и с помощью научно разработанных методик подготовки специалистов в данной области.
Из сказанного следует, что в настоящее время существует огромный круг теоретических и практических проблем и задач в области военно-инженерной психологии. Это вызывает прямую необходимость в организованном развертывании широкого фронта научно-исследовательских работ по военно-инженерной психологии и постановки общих и специальных учебных курсов по военно-инженерной психологии в военно-учебных заведениях и учебных центрах. При этом необходима единая система мероприятий, включающая разработку методологических вопросов, координацию работ, учет инженерно-психологических факторов при разработке военной техники и подготовке личного состава.
Необходимо широкое участие инженеров-психологов на всех стадиях проектирования военных систем, при решении вопросов эксплуатации боевой техники, обитаемости, профессионального отбора и технической подготовки личного состава.
Все это в целом способствовало бы дальнейшему повышению боеготовности армии и флота.
2. ПРИЕМ И ПЕРЕРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ЧЕЛОВЕКОМ — ВОЕННЫМ ОПЕРАТОРОМ
Ведущую роль в деятельности человека-оператора, обслуживающего современные военные системы контроля и Управления, играют операции приема и переработки информа-
3 Военная инженерная психология 33
ции. Информационные потоки, поступающие к человеку, в таких системах очень велики. Деятельность оператора начинается с обнаружения, за которым следует сложная система других актов, заканчивающихся речевым или двигательным ответом. Двигательные компоненты деятельности операторов, как правило, сводятся до минимума. Часто они выступают лишь в виде элементарных действий (нажим кнопки, перевод рычага и другие сравнительно простые операции), тогда как при переработке информации включается система сложных психических процессов.
Деятельность человека при приеме информации начинает носить — не только по результату, но и по своей цели — отчетливо выраженный познавательный характер.
Специфика процесса приема информации человеком и определяется активно целенаправленным познавательным характером его деятельности. Именно сознательное отражение условий деятельности, закономерностей их изменения придает целенаправленный характер регулированию процесса приема информации, расширяет сферу такого регулирования.
При практическом характере деятельности по приему и передаче информации особенно четко видно единство психологических и физиологических проявлений отражательной деятельности, обеспечивающей активную регуляцию действий.
Без учета этого невозможно эффективное психологическое изучение самых различных аспектов операторской деятельности.
Указанные обстоятельства делают изучение процессов, посредством которых человек принимает и перерабатывает информацию, важнейшей инженерно-психологической задачей. Ее решение дает основы для проектирования средств отображения информации в военной технике.
Для исследования общих закономерностей приема и обработки сообщений необходимо отвлечься от конкретных видов и форм деятельности человека и рассмотреть то общее, что присуще процессам переработки информации вообще при управлении техническими системами. При таком допущении человека-оператора можно заменить фиктивным эквивалентным динамическим звеном в системе управления. Человек как звено контура управления является сложной динамической системой. Его отличие от обычных динамических систем состоит в том, что в нем нет промежуточных точек между входом и выходом, в которых можно было бы получить промежуточные значения потока сигналов для целей улучшения работы всей системы управления.
Процессы управления и регулирования выступают как ряд преобразований информации, циркулирующей от одного звена системы к другому по контуру регулирования: от управляемо-
34
со
тельная информация
Р и с. 5. Процессы управления техническими средствами и циркуляция информации в процессе управления
го объекта к регулятору (осведомительная информация) и от управляющего звена (регулятора) ж управляемому объекту (управляющая, или командная, информация). См. рис. 5.
Каждое звено системы управления имеет присущие ему характеристики входа, преобразования воспринятой информации и выхода. Время цикла управления или регулирования, точность и надежность работы всей системы в значительной мере определяются характеристиками «человеческого звена». Без тщательного анализа его функций и способностей невозможно пи понять процесс регулирования и управления в целом, ни правильно рассчитать систему.
Функции «человеческого звена» многообразны. Человек выступает в роли приемника осведомительной информации, исходящей в той или иной форме от управляемого объекта; он осуществляет анализ информации и принимает решения, то есть вырабатывает управляющую, или командную, информацию; выполняет функцию программирования работы всей системы или ее частей; проводит наблюдение и контроль за работой системы. Наконец, он является исполнителем той или иной команды. На разных этапах процесса управления одни функции могут быть доминирующими, а другие подчиненными. Однако с позиций теории информации все разнообразие видов и форм деятельности человека-оператора, осуществляющего эти функции в системах управления, в настоящее время пытаются (в ряде случаев успешно) описать как функционирование канала связи, включенного между приемником и источником информации.
Известно, что любое звено системы управления как канал связи характеризуется:
1) полосой пропускания, выявляющей тот диапазон или общую длину алфавита сигналов, которые могут быть приняты звеном и переработаны им;
2) разрешающей способностью или различительной чувствительностью, по величине которой можно судить о том, какая информация данным каналом связи будет восприниматься как отдельный сигнал, то есть отдельная единица алфавита;
3) пропускной способностью, характеризующей максимальный объем информации, передаваемый каналом без искажений в единицу времени.
Из этих трех характеристик пропускная способность канала связи (звена системы управления) является наиболее универсальным, или интегральным, показателем скорости «пропускания» алфавита сигналов. Поэтому эффективность работы систем управления обычно оценивают по тому, насколько согласованы ее звенья по показателям пропускной способности. Так, система, состоящая из последовательно соединенных звеньев, будет нормально работать тольков том случае, если 36
скорость передаваемой информации -не -превышает пропускной способности ее наиболее слабого звена. В противном случае неизбежны потери и искажения циркулирующей -информации.
Для решения инженерно-психологических задач весьма важно рассмотреть возможности человека по приему, переработке и передаче информации. Однако здесь сразу же возникает вопрос о том, насколько правомерно применять к анализу его деятельности те принципы и способы расчета, которые разработаны в теории информации.
Специальный психологический анализ приема информации, осуществляемого человеком в процессе выбора, показал, что процесс не протекает чисто автоматически и его механизмы не могут быть достаточно содержательно объяснены на чисто физиологическом уровне, например, лишь ссылкой на прямые рефлекторные связи между сигналами -и соответствующими ответными актами. Психическая активность человека даже в простейших условиях выбора выступает очень отчетливо. Так, операция ожидания определенного сигнала есть способ преодоления временной неопределенности сигнала, связанной с моментом его появления. Такое предпочтительное активное ожидание одних сигналов в ущерб другим имеет место, например, при разновероятных сигналах и накладывает ограничения на зависимость времени реакций от индивидуальной стимульной информации.
По существу своему информационные процессы избирательны. Они рассматриваются как процессы выбора из определенного ряда альтернатив (при условии, что все возможности выбора известны), включающих «взвешивание» вероятностей каждого события. При этом интуитивная оценка количества информации в некотором сообщении всегда связывается с числом возможных вариантов сообщения, а также со степенью неожиданности сведений. Основу математических оценок количества информации и составляют эти интуитивные представления.
Новейшие исследования по проблемам [восприятия, узна!ва-пия, сенсомоторных реакций показывают, что одним из компонентов деятельности нервной системы человека является аппарат статистической обработки поступающих сигналов, своеобразный «счетный механизм», «использующий» принципы статистики. Это -и послужило основанием рассматривать методы теории информации как адекватное средство изучения различных форм поведения человека.
Наиболее плодотворно эти методы используются при анализе различных форм «реактивной» деятельности человека-оператора, то есть такой его деятельности, которая независимо от ее сложности однозначно определяется ситуацией и ее необходимость жестко определена программой. В простейшем виде эту деятельность можно представить схемой «стимул —
37
реакция». В этом случае оператор сталкивается с ситуацией, в которой неизвестны как время появления сигнала («временная неопределенность»), так и сам ожидаемый сигнал («стимульная неопределенность»). При появлении сигналов в такой ситуации оператор должен немедленно отреагировать соответствующим действием.
Поскольку на каждый сигнал предполагается заранее известный алгоритм действий оператора, регуляция деятельности такого рода обычно осуществляется на уровне относительно простых форм психического отражения: ощущений, восприятий и, частично, представлений. Она составляет основу весьма важных и часто встречающихся на практике операций типа слежения или перевода технических средств в новое заданное состояние. Такой деятельностью занимаются, например, операторы радиолокационных станций, операторы, подготавливающие к работе неавтоматические или частично автоматизированные средства, радиометристы, комендоры-наводчики и другие подобные специалисты.
«Реактивная» деятельность входит в более сложные виды деятельности, связанные с выявлением и анализом проблемной ситуации и принятием решения, алгоритм (которого заранее неизвестен. Не следует считать, однако, «реактивную» деятельность оператора .простой и лепкой. Зачастую по сигналу оператору 'Приходится (выполнять сотни операций.
Таким образом, принятие решения при «реактивной» деятельности оператора можно рассматривать как прохождение сигнала через специфический канал связи.
Следует особо подчеркнуть, что в зависимости от того, какую роль выполняет человек-оператор в системе управления, «человеческий» канал связи приобретает различное психологическое содержание, то есть меняется структура, динамика и относительная доля всех компонентов операции приема информации: поиска и обнаружения, различения, идентификации, декодирования (интерпретации). Это обусловливает необходимость осуществлять не только количественный теоретико-информационный анализ, но и дополнять его качественным семантическим исследованием, учитывающим относительную ценность различных сигналов и характер конкретной трудовой деятельности человека-оператора при решении соответствующих задач. Такое дополнение требуется тем чаще, чем выше творческая компонента трудовой деятельности и чем больше различие между важностью разных сигналов.
На основе такого анализа могут быть определены принципы оптимального кодирования сигналов осведомительной п командной информации. Такие сигналы, с одной стороны, должны наиболее полно и точно отражать реальную ситуацию, а с другой — в наибольшей степени согласовываться с психическими процессами, посредством которых осуществляются 38
прием и переработка информации. Реализация этих принципов при конструировании соответствующих средств индикации и органов управления, а также при их взаимном расположении на пульте управления гарантирует при прочих равных условиях максимальную скорость и надежность приема и переработки информации человеком при минимальной его утомляемости, а следовательно, максимальную эффективность и надежность функционирования всей системы.
В современных сложных технических системах, требующих от оператора «реактивных» действий, часто наряду со специально сконструированными пультами, а иногда и вместо них (например, при проведении профилактических работ) имеется большое количество стоек, скомпонованных из различных блоков, расположенных сравнительно автономно. При таком положении, несмотря на «реактивный» характер деятельности оператора при выполнении заданных алгоритмов, нагрузка на психику человека, особенно на его память, может быть весьма большой, так как органы управления и контроля в таких стойках часто расположены «оперативно — неупорядоченно», а «маршрут» их обслуживания представляет собой совершенно неупорядоченную ломаную линию.
В качестве примера на рис. 6,а показан «маршрут» обслуживания одной из стоек радиоаппаратуры при ее подготовке.
Р а с. 6. Маршруты оперативной деятельности
В этой сгойке 34 точки выполнения элементарных операций подготовки размещены в пространстве совершенно случайным образом, неупорядоченно, что, естественно, значительно усложняет работу оператора и создает условия для возникновения многочисленных ошибок. Небольшое изменение положения элементов оперативного поля, выполненное в габаритах прежних блоков (рис. 6,6), приводит к более упорядоченному размещению и значительно облегчает работу оператора, который теперь может выполнять операции в любой очередности последовательно на семи оперативных вертикалях.
Анализируя деятельность оператора в подобных случаях, нельзя не отметить, что необходимый выбор очередных органов управления и контроля производится на основе информации, хранящейся в памяти человека-оператора. Это обстоятельство позволяет ввести количественную характеристику неупорядоченности оперативного поля аппаратуры при выполнении каждой элементарной операции
где h — показатель неупорядоченности оперативного поля (в двоичных единицах неупорядоченности);
п — количество стимулов (элементов), из которых производится выбор при очередной операции в оперативном поле;
т— количество выбираемых стимулов (элементов), используемых при выполнении следующей операции алгоритма;
b — количество способов упорядоченного выбора элементов оперативного поля.
Введенный показатель оперативной неупорядоченности получает значение (1) при выборе органа управления для выполнения следующей операции из двух элементов, значение (0), когда очередной элемент выбирается однозначно. Таким образом, показатель оперативной неупорядоченности в определенной степени аналогичен информационному показателю, но имеет совсем иной смысл, поскольку очередность выбора заранее задана и известна оператору, который здесь рассматривается как получатель информации.
Среднее значение показателя неупорядоченности оперативного поля h ср, в котором выполняется N операций, можно определить по формуле
h -1 У h.
“ср — дг Xj < ’
Z=1
где h i — показатель неупорядоченности для каждой i-й из Л' операций.
40
Показатель hcp в определенном смысле аналогичен энтропии источника сообщений в теории информации. Он может быть одной из количественных характеристик психологической сложности работы оператора. От оператора обычно требуется тем более высокая квалификация и тренированность, чем выше значения h ср для обслуживаемой аппаратуры.
Следует отметить, что данный анализ касается работы оператора в оперативном поле с четко различимыми сигналами. Для принятия же сигнала человеком он вначале преобразовывается в такую физическую форму, которая может быть отражена в ощущениях. Поэтому при разработке и конструировании индикаторов первоочередным является вопрос о выборе физического алфавита сигналов. Такой вопрос должен быть разрешен в двух аспектах: первый'—нахождение правильного отношения физического алфавита сигналов к возможностям соответствующих анализаторов человека; второй— выбор оптимального отношения между сигналом и отображаемыми процессами.
При решении первого аспекта исследуется: какой из анализаторов целесообразно использовать для приема определенной информации, какую физическую форму следует выбрать для представления сигналов и какова должна быть их интенсивность. В этом случае обеспечивается последующее обнаружение и различение сигналов при приеме информации человеком-оператором.
Выбирая физический алфавит сигналов, следует учитывать, что основной характеристикой любого анализатора человека является чувствительность. Она определяется двумя величинами. Первая из них — это тот набор множества стимулов, воздействие которых вызывает ощущение данной модальности. Далеко не всякий раздражитель, воздействующий на анализатор, вызывает ощущение. Чтобы оно возникло, интенсивность раздражителя должна достигнуть некоторой определенной величины. С другой стороны, всякое воздействие, превышающее по интенсивности некоторый предел, вызывает боль и нарушает деятельность анализатора. Интервал от минимальной до максимальной адекватно ощущаемой величины определяет диапазон чувствительности анализатора, или, образно говоря, «размер его шкалы». Причем минимальную-величину раздражителя, вызывающую едва заметное ощущение, принято называть нижним абсолютным порогом чувствительности, максимальную — верхним абсолютным порогом. Таким образом, сигнал может быть обнаружен тем или иным анализатором только в том случае, если по интенсивности он расположен внутри диапазона чувствительности анализатора. При этом время поиска тем короче, а значит, и скорость обнаружения тем выше, чем больше вновь появившийся сигнал отличается от фона.
41
Другой величиной, характеризующей чувствительность анализаторов, является дифференциальный порог, или порог различения. Он определяется минимальным различием между двумя раздражителями, вызывающими едва заметное различие ощущений. Другими словами, необходимо определенное соотношение между интенсивностями двух раздражителей, чтобы они были отражены в ощущениях как различные. При этом величина порога различения зависит как от исходной величины раздражителя, так и от скорости его изменения.
Кроме интенсивностных (энергетических) существуют временные и пространственные пороги различимости. Временной порог измеряется длительностью воздействия, необходимого для того, чтобы возникло ощущение, а пространственный порог различения— минимальным размером едва ощущаемого раздражителя.
Интенсивностные, пространственные и временные параметры процессов ощущения неразрывно связаны, благодаря чему отдельные свойства предметов и явлений окружающей среды предстают в интегральном единстве.
Таким образом, ощущения прерывисты даже при непрерывных изменениях стимулов. Процесс различения изменений стимулов по характеру подобен «операции квантования», а пороги различимости выступают в роли «квантов», по величине которых можно судить о степени приближения динамики ощущения к кривой изменения интенсивности раздражителя. При этом можно сказать, что если абсолютные пороги определяют общую длину «шкалы анализатора», то дифференциальный — величину ее «делений».
Однако величина порогов различимости даже для одного и того же анализатора может существенно меняться в зависимости от условий, в которых он работает. Эти изменения зависят главным образом от интенсивности начального стимула, его маскировки, различных помех, адаптации.
Под адаптацией понимается способность анализаторов к самонастройке. В ходе адаптации происходит регуляция диапазона чувствительности анализатора. Причем диапазон изменения чувствительности достигается, например, для зрения порядка 2Х108. Это расширяет возможности сенсорных входов человека, так как на входе нервных волокон может воспроизводиться только 28 ступеней интенсивности.
Адаптация характеризуется величиной изменения чувствительности и временем перенастройки. Так, для зрения чувствительность, как уже отмечалось, может меняться на восемь порядков, а время, необходимое для перенастройки, порядка нескольких десятков минут.
Настройка анализаторов осуществляется кроме рефлекторных механизмов адаптации еще и за счет межанализаторных 42
связей, а также действия проприомускулярного аппарата (движение глаз, поворот головы и т. д.). Благодаря всем этим механизмам выбирается оптимальная в каждом конкретном случае «полоса пропускания», которая характеризует избирательность сенсорных входов человека, как средство формирования адекватного ощущения и средство борьбы с помехами. Так, световая адаптация обеспечивает амплитудную избирательность, проприомускулярный аппарат — пространственную, дублирование (парность) анализаторов — вероятностную избирательность.
Высокая дифференциальная чувствительность анализаторов по отношению к отдельным свойствам раздражителей, казалось бы, позволяет создать достаточно длинный алфавит из одномерных стимулов. Однако, как показывают многочисленные эксперименты, при использовании подобного алфавита скорость приема информации весьма мала, и в то же время ненадежность и неоднозначность приема велики. По сути дела, пороги дифференциальной чувствительности характеризуют предельные возможности анализаторов (минимум) и поэтому не могут служить непосредственным основанием для расчетов допустимой длины физического алфавита. Экспериментально установлено, что оптимальные условия для различения имеют место лишь в том случае, если различие между парой одноименных стимулов значительно (порядка в десять раз) превышает пороговую величину. В этой связи в инженерной психологии введено понятие «порог оптимального различения».
Поэтому при определении допустимой длины алфавита, а значит, и «насыщения» каждого сигнала информацией надо исходить не из минимальной (пороговой) различимости сигналов, а из оптимальной, которая может быть точно определена в каждом конкретном случае.
Длина алфавита может быть увеличена, если в качестве сигнала использовать многомерные стимулы. Однако увеличение числа признаков сигнала хотя и позволяет повысить скорость приема информации, но лишь до определенного предела, который обусловлен закономерностями взаимодействия ощущений или восприятий. В отличие от ощущения в восприятии отражаются не отдельные свойства, а предмет в целом (в совокупности его свойств). Оно формируется на основе совместной деятельности ряда анализаторов, объединенных в функциональную систему. Это, конечно, не исключает того, что какой-либо из них может играть (и обычно играет) ведущую роль. Поэтому восприятие многомерных стимулов не является простой суммой параллельно развертывающихся процессов различения. Экспериментально установлено, что существует определенная последовательность различения разных признаков стимула. Например, прежде всего различается положение и
43
яркость сигнала (по отношению к фону), а затем его цветовые характеристики и только впоследствии — форма. В общем случае важно отметить, что в многомерных сигналах, как правило, имеются доминирующие и рецессивные признаки. Первые из них становятся опорными в процессе различения. Обычно в роли опорных выступают те, различимость которых является оптимальной, а также признаки, наиболее значимые при решении определенной опознавательной задачи.
Дело в том, что восприятие — это не только пассивное созерцание. В зависимости от стоящей задачи мы воспринимаем один и тот же предмет по-разному, выделяя в нем те или иные «конструктивные» (значимые) признаки и отвлекаясь от других. На этой основе возможно так называемое симультанное восприятие (а точнее, опознание), осуществляемое практически мгновенно, без перебора всех признаков многомерного сигнала.
Это явление Шиеет особо важное значение при выполнении человеком таких моментов операции приема информации, как идентификация и декодирование сигналов.
Под идентификацией понимается опознание стимула, как данного. При этом решающую роль играет соотнесение (сравнение) воспринимаемых сигналов с некоторыми эталонами, хранящимися в памяти в форме представления и образующими своеобразную «субъективную шкалу».
При переходе от восприятия к представлению структура образа сигнала изменяется: одни признаки его как бы подчеркиваются и усиливаются, другие затушевываются и редуцируются, то есть происходит схематизация образа объекта восприятия. Это находит свое отражение в той «субъективной шкале», относительно которой происходит сравнение воспринимаемых сигналов. Из всей серии градаций тех или иных признаков, которые приходится различать человеку, в представлении сохраняются лишь некоторые: вся «шкала» разбивается как бы на зоны. В процессе идентификации сигнал соотносится с такой зоной. Это сокращает время поиска эталона, но вместе с тем ограничивает и объем принимаемой информации.
Заключительным моментом операции приема информации является декодирование сигналов. На основе обнаружения, различения и идентификации сигнала оператор должен оценить состояние управляемого объекта, то есть соотнести сигнал с объектом, трансформировать восприятие первого в представлении второго. Работу оператора при решении этой задачи облегчит правильное решение второго аспекта вопроса о выборе физического алфавита сигналов. Цель такого решения — обеспечить оптимальное отношение между сигналами и отображаемыми процессами, что позволяет оператору наиболее просто представить фактическое состояние управляемого объ-44
екта. Поэтому физический алфавит сигналов следует выбирать так, чтобы он позволял дать по возможности изоморфное отображение событий.
Обеспечение изоморфности (сходности отображения с процессами, протекающими на управляемом объекте)—важный фактор повышения скорости восприятия обстановки в целом. Один из путей обеспечения изоморфности отображения— создание картинных индикаторов, в которых показания многих приборов преобразуются в форму, позволяющую создать для оператора картину, сходную по отображению с привычными представлениями. Например, картинный индикатор пульта управления современной подводной лодкой США, заменивший восемь отдельных стрелочных индикаторов, позволил создать для оператора изоморфную движению подводной лодки систему сигналов: направление движения индицируется уходящей от оператора полосой, напоминающей вид прямого шоссе из кабины автомобиля; скорость движения индицируется скоростью набегания на оператора горизонтальных темных полос на светлой полосе условного «шоссе»; повороты индицируются искривлением полосы шоссе; глубина погружения индицируется положением темной горизонтальной зоны, которая расширяется при погружении и сужается при всплытии.
г е н е р и т О р bl
1 Z .3 4 5 6 7 8 9
о О о О О о © о о
о о о о о © о о о
о о о о о о © о
о о е © о о о о о
е о о о о о о ©
о о о о о о о о о
о о о о о о о о о
о о о о О о о о о
Р и с. 7. Индикатор нагрузки генераторов
Изоморфность может обеспечиваться и соответствующим расположением обычных индикаторов. Например, на рис. 7 показан индикатор нагрузки девяти генераторов электростанции. Полосы показывают границы допуска.
С точки зрения определения длины оптимального алфавита сигналов информации, обеспечивающих эффективность опера-
45
ции декодирования, возникает вопрос о соотношении числа признаков сигнала и объекта. Экспериментально показано, что оптимальной является такая система кодирования сигналов информации, при которой отношение числа признаков сигнала к числу признаков объекта равно единице. При этом важно подчеркнуть необходимость строгой субординации признаков, в.соответствии с которой должна находиться степень их обпаружпмости, различимости и идентифицируемости. Очевидно также, что скорость, точность и надежность декодирования зависят от того, насколько близки системы образов сигналов и образов управляемых объектов.
В общем плане можно разделить все сигналы, с которыми имеет дело оператор, на два больших класса: сигналы-изображения, воспроизводящие свойства реальных объектов (здесь системы представлений близки и перешифровка минимальна), и сигналы-знаки, только обозначающие свойства объектов (являются их условными знаками).
Результаты экспериментов показали, что при экспозиции сигналов-изображений достигается наибольшая скорость опознания (декодирования). В этом случае процессы различения, идентификации и декодирования как бы слиты благодаря действию механизма ассоциации по сходству. При экспозиции же сигналов-знаков эти процессы могут расходиться, что, естественно, снижает скорость их декодирования. Кроме того, большая в ряде случаев информационная избыточность благодаря структурной взаимосвязанности отдельных признаков в сигналах-изображениях обусловливает более высокую помехоустойчивость их приема.
Однако надо отметить, что далеко не всегда сигнал-изображение является наилучшим. Применяя этот тип сигнала, мы выигрываем в скорости и помехоустойчивости приема информации, но можем проиграть в точности (последняя здесь полностью определяется возможностями описанных выше сенсорных процессов). При выборе сигнала того или иного класса в конечном счете следует исходить из требований к тем функциям, которые выполняет человек в системах управления.
Из сказанного явствует, что в реальных условиях деятельности человек-оператор пользуется динамическим алфавитом сигналов, то есть при переходе от обнаружения к различению, от различения к идентификации и т. д. алфавит изменяется. Для определения принципов оптимального кодирования информации, передаваемой человеку, чрезвычайно важно знать эту динамику. Важно также рассмотреть возможности применения динамического кодирования, то есть таких сигналов, которые изменяли бы свои характеристики в соответствии с логикой операций приема информации.
Как уже отмечалось, наиболее важной характеристикой канала связи является его пропускная способность, которая оп-46
ределяется по максимальной скорости передачи информации.
В экспериментальной психологии имеется немало данных о временных порогах ощущения, восприятия, опознания, о времени простых и сложных реакций человека. Эти данные и явились исходными для целого ряда работ, в которых исследователи пытались найти максимальную скорость передачи информации человеком.
В первых исследованиях, ведущихся в этом направлении, была выявлена линейная зависимость времени реакции выбора от количества информации, содержащейся в стимуле (закон Хика). Это дало основания сформулировать гипотезу о том, что максимальная скорость переработки информации человеком является в среднем постоянной. Ее стали рассматривать как показатель пропускной способности человека.
Однако вскоре выяснилось, что пропускная способность является не такой уж устойчивой величиной, как это казалось вначале. Широкое применение методов теории информации еще больше увеличивало противоречивые данные.
Различие значений пропускной способности человека, полученных разными исследователями, нельзя объяснить только тем, что ими были использованы различные методики экспериментов и обработки результатов. Существенное влияние на величину пропускной способности человека оказывает рассмотренная выше динамичность единиц алфавита сигналов информации. Действительно,' величина пропускной способности, измеренная при решении человеком задач обнаружения, будет отличаться от той, которая получается в задачах различения, а последняя не адекватна величине, характеризующей возможности идентификации и т. д. В общем случае, по-видимому, противоречия между данными о пропускной способности человека, полученные разными исследователями, объясняются особенностями задач, поставленных перед человеком.
Известно, что мера неопределенности выражает в теории связи количество информации, содержащейся в стимуле. Чем больше неопределенность выбора данного сигнала, тем большее количество информации сообщается при его появлении. Психологически неопределенность, связанная с вероятностью появления сигнала, выступает как степень неожиданности. Чем менее вероятен данный сигнал, тем более неожиданным он оказывается.
Обычно при оценке пропускной способности используют формулу К. Э. Шеннона, по которой определяют среднюю информацию, приходящуюся на сигнал. Однако величина средней информации на стимул может изменяться путем изменения как длины алфавита, так и вероятностей появления сигналов. В итоговой величине эти два пути оказываются скрытыми. Между .тем с точки зрения психологического анализа процессов приема и переработки информации человеком они являют-
47
ся существенно различными, что было показано А. Н. Леонтьевым и Е. П. Кринчик. В их экспериментах сопоставлялись зависимости времени реакции от индивидуальной (голдманов-ская оценка) и от средней (шенноновская оценка) информации на стимул. Авторы пришли к выводу, что психологическими коррелятами указанных величин являются параметры, которые можно обозначить как степень неожиданности сигнала (зависит от вероятности появления данного сигнала, то есть от индивидуальной информации) и степень сложности выбора (зависит от длины алфавита и распределения его элементов, то есть от средней информации).
Эксперементы этих же исследователей показали, что переработка информации человеком не есть пассивное отражение статистической структуры сигналов, а представляет собой активную деятельность, приводящую к возможно более эффективному решению задачи. В ходе опытов испытуемый на основе учета вероятностей появления сигналов оптимизирует процесс приема информации так, что, несколько проигрывая в скорости восприятия частых сигналов, он существенно выигрывает в скорости восприятия сигналов редких. В этом выражается действие активного ожидания, формирующегося в процессе научения и опыта. К увеличению скорости восприятия сигналов и к интенсификации процесса восприятия информации приводит учет человеком степени значимости сигнала, то есть его ценности для получателя.
Следует отметить, что теория информации не располагает методами оценки значимости (ценности) сообщений, а также структурных особенностей многомерных сигналов, особенно сигналов-изображений. Информационные меры не учитывают также совместимость сигнала и ответной реакции на него, степень тренированности человека-оператора, его утомляемость и другие факторы, которые в ряде случаев в значительной мере влияют на пропускную способность оператора.
Вопрос о скорости входной информации, адресованной человеку, в общем случае имеет два аспекта. Во-первых, это вопрос о том, что происходит, если скорость входной информации превосходит возможности человека по ее приему и передаче, то есть его пропускную способность. Экспериментально установлено, что снижением эффективности деятельности человека при перегрузке является увеличение не ошибок, как часто думают, а потерь входной информации. Зависимость между приростом скорости входной информации и величиной ее потерь приближается к линейной. Между тем количество ошибок изменяется незначительно. Выявлено также, что при повышении темпа входной информации мобилизуются внутренние резервы человека и приводится в действие целый ряд механизмов, направленных на преодоление возникших трудностей. Происходит перестройка способа деятельности. Благодаря 48
этому эффективность системы «человек—машина» на некоторое время может остаться на прежнем уровне. Однако, если поток информации становится слишком большим и продолжается длительное время, наступает срыв деятельности человека. Чем меньше человек имеет возможностей использовать при перегрузках внутренние резервы, тем быстрее возникает отказ от работы.
Второй аспект состоит в том, что эффективность деятельности человека снижается и при недостаточности информации. Имеется немало данных, которые показывают, что при монотонности и бедности внешних воздействий у человека развиваются явления, сходные, как это ни парадоксально, с утомлением: увеличиваются ошибочные действия, снижается эмоциональный тонус, развивается сонливость. В крайних случаях, при длительной «сенсорной изоляции», возникают серьезные, иногда патологические, нарушения. Так, шестидневная «сенсорная изоляция» приводит к дезорганизации мозговых функций, нарушению ориентировки в пространстве, возникновению иллюзий, галлюцинаций, расстройству координации движений и т. п. Поэтому далеко не всегда главной задачей при разработке систем управления является упрощение средств сигнализации и сокращение потока информации.
В некоторых случаях главной как раз может оказаться задача преодоления недостатка информации. Поэтому, создавая средства сигнализации, надо ориентироваться на некоторую оптимальную скорость подачи информации, которая бы не превышала «пропускной способности» человека, но в то же время была достаточной для того, чтобы поддерживать активность на достаточно высоком уровне.
Мы пришли к этому выводу, рассматривая операции приема и первичной обработки информации человеком при решении им простейших задач, которые обусловливают его «реактивную» деятельность, осуществляемую на сенсорном уровне регуляции (уровне ощущений, восприятий и частично представлений). Однако и в этом случае психологическая структура деятельности человека по приему информации достаточно сложна, что затрудняет решение такого важного вопроса, как определение в каждом конкретном случае оптимальной длины алфавита и насыщения каждого сигнала информацией. Естественно, что практическая деятельность человека в системах управления гораздо сложнее и многограннее. Как будет показано ниже, вплетение в трудовой процесс мыслительных, интеллектуальных процессов, необходимых при решении оперативных задач в игровых ситуациях, в значительной мере усложняет психологическую структуру и динамику операций поиска, обнаружения, различения, идентификации декодирования сигналов информации, что не может не сказаться на
4 Военная инженерная психология
49
динамичности алфавита и информативности его сигналов, а следовательно, и скорости их приема и обработки.
Человек-оператор, управляющий сложной системой, часто должен выявить возникшее рассогласование между заданной программой функционирования системы и реальным положением на управляемом объекте, осмыслить возникшую проблемную ситуацию, поставить перед собой конкретную задачу по устранению этого |ра|ссогласования и найти пути ее решения в течение ограниченного отрезка времени. Опоздание в этих условиях равносильно ошибке и может привести к усложнению проблемной ситуации, а иногда и к частичному или полному нарушению работы системы. В результате такой деятельности складывается новая, не применявшаяся ранее схема действия, которая и приводит к устранению возникшего рассогласования. В основе психической регуляции этой деятельности лежит так называемое практическое, или оперативное, мышление.
Под оперативным мышлением человека-оператора понимается такой процесс решения задач управления, в результате которого формируется модель проблемной ситуации и предполагаемой совокупности действий (плана операций), обеспечивающей достижение поставленной цели.
В этой связи целесообразно обратиться к тем данным, которые получены в экспериментах по изучению предельных возможностей оперативного мышления.
1. Решение оперативных задач есть процесс установления связей между элементами ситуации в их динамике.
2. Результатом этого процесса является создание динамической структуры условий задачи, которая детерминирует дальнейшие действия по преобразованию ситуации.
3. Существенную роль в решении задач играет способ предъявления их условий. Задача решается тем успешней, чем более способ ее предъявления обеспечивает установление связей между элементами.
Далее было показано, что процесс решения избранной проблемы начинается с анализа предложенной ситуации и закономерно приходит этап организации элементов задачи в единое целое. Это положение проверено в экспериментах Д. Н. Завалишиной и В. Н. Пушкина. На -основе такой организации или структурирования происходит формирование плана решения задачи как совокупности операций по преобразованию исследуемой ситуации в соответствии -с требованиями задачи. -При.этом выявленные или созданные человеком структуры выступают для него как единые новые элементы, с которыми он в дальнейшем действует как с одним элементом, причем этот новый элемент наделяется соответственно новыми свойствами.
На основании этого можно сделать вывод о том, что для успешного решения оперативных задач человеку-оператору 50
уже недостаточно предъявлять пусть даже полную, но разрозненную информацию об отдельных параметрах объекта управления и самой системы. Такая «неорганизованная» информация, даже если ее алфавит разработан в соответствии с психологической структурой операций приема и переработки информации человеком, осуществляющим «реактивную» деятельность, в очень малой мере будет способствовать решению оперативных задач. Человеку, управляющему сложной системой, нужно предъявлять уже не совокупность отдельных сигналов, а систему сложных сообщений, описывающих ситуации и их изменения в целом, то есть таких сигналов, элементы которых объединены в соответствующие логические и смысловые структуры.
По существу, в этом случае следует изучить вопрос об оптимальном кодировании сложных сообщений или о разработке «оперативного алфавита» информации, предъявляемой человеку. Решение этого вопроса включает в себя, как отмечает Е. П. Кринчик и Н. К. Киященко: 1) подбор оптимального алфавита или алфавитов, которыми кодируются отдельные элементы сообщения; 2) установление оптимального соотношения между различными алфавитами в пределах одного сообщения; 3) нахождение оптимальной логической структуры закодированного сообщения.
«Конструкторское» решение этого вопроса заключается в разработке и построении так называемой информационной модели, под которой исследователи Д. Ю. Панов и В. П. Зинченко понимают организованное в соответствии с определенной системой правил и выдаваемое на средства индикации отображение реальной обстановки. Естественно, что эта «система правил» должна разрабатываться в соответствии с основными характеристиками оперативного мышления, то есть в. соответствии с закономерностями образования и трансформации «динамической мозговой модели управляемого объекта» (В. Н. Пушкин). Тем самым оптимальность кодирования информации, предъявляемой человеку-оператору, может, быть оценена по степени соответствия динамической мозговой модели и информационной модели пульта управления. При этом человека-оператора целесообразно рассматривать не как пассивного «приемника» информации (поскольку он при решении оперативных задач осуществляет активный поиск и целенаправленную переработку значительных объемов информации, одновременно предъявляемых ему на различных средствах индикации), а как «получателя» информации, работающего в режиме «информационного поиска» (поскольку количество входной информации значительно превышает количество выходной). Однако следует отметить, что теоретико-информационная количественная оценка и математическое описание такого поведения человека в больших систе-
4:
51
мах уже не может обходиться без качественного (содержательного) анализа, под которым понимается:
1) выявление всего состава осведомительной и командной информации, необходимой для решения той или иной задачи;
2) анализ и синтез структуры и динамики психических процессов, включенных в операции приема, переработки и выдачи информации по ходу решения задачи управления;
3) выявление «оперативных единиц» информации, которыми пользуется оператор при ее приеме и обработке;
4) определение «оперативного алфавита» осведомительной и командной информации.
Следует отметить, что хотя структура психологических компонентов деятельности человека при решении им оперативных задач каждый раз может быть разной, но сами эти компоненты имеют ярко выраженные признаки и характеристики, которые следует учитывать во всех случаях при конструировании пультов управления.
В связи с кратким анализом операций обнаружения, различения, идентификации и декодирования (опознания) сигналов информации мы в общих чертах охарактеризовали такие психические процессы, как ощущение, восприятие и частично представление. Относительно представления было указано, что именно на его основе осуществляется такое важное действие в операции опознания, как сравнение. Рассмотрение психологических элементов оперативного мышления требует анализа некоторых видов гностических действий, включенных в процесс мышления. Одним из простейших действий этого рода является масштабное преобразование, заключающееся в мысленном изменении величины представляемого объекта или его частей. Главным условием его формирования является практика измерений, в которой складываются тесные связи между пространственными и количественными представлениями.
Разновидностями действий этого рода является также мысленное расчленение представляемого объекта и объединение различных объектов в одно целое. Так, при исследовании процесса преобразования представлений при решении конструкторских задач обнаружены различные способы создания новых образов. В одних случаях человек идет путем комбинирования отдельных представлений, «связывая» их в нечто целое, в других—путем видоизменения некоторого исходного образа.
Эффективность этих действий в значительной мере зависит от характера представления (его подвижности, обобщенности и дифференцированности). Эксперименты показывают, что если вторичный образ объекта (его представление) неустойчив и недостаточно дифференцирован («рыхлый»), то в процессе его мысленного преобразования (возникает масса ошибок: искажается форма предмета, смещаются и выпадают детали 52
и т. д. Использование наглядной опоры, то есть включение в акт оперирования представлением восприятия, заметно повышает эффективность образного мышления.
В общем случае умственное действие на уровне представлений выступает как своеобразный обобщенный способ преобразования. Формирующая роль практических действий в развитии умственных операций определяется тем, что они обеспечивают тонкий чувственный анализ особенностей объекта действия и его изменений в процессе манипулирований, то есть являются условием формирования структурного, дифференцированного и подвижного образа-представления.
Высшей ступенью интеллектуальной деятельности человека является словесно-логическое, понятийное мышление, в котором отражаются существенные связи и отношения между предметами и явлениями материального мира. Понятийное мышление предполагает абстракцию, то есть отвлечение каких-либо свойств предметов (и явлений) от других и их изолированное рассмотрение. Именно на основе понятийного мышления у человека появляется возможность пользоваться знаками и символами, «замещающими» чувственно воспринимаемые и представляемые предметы, то есть, иначе говоря, возможность кодирования информации, получаемой в процессе чувственного познания.
В мышлении особенно отчетливо проявляется действенный, активный характер психического отражения, поскольку оно всегда выступает как процесс решения тех или иных задач. Мышление всегда направлено на выявление неизвестных, скрытых компонентов проблемной ситуации. Началом решения задачи является ситуационный анализ, в результате которого вычленяются известное и искомое. Весь дальнейший путь решения выступает как процесс анализа и синтеза, осуществляющихся в многообразных формах.
Как показали исследования Б. М. Теплова, а затем С. Л. Рубинштейна, основным звеном мышления является «анализ через синтез», который заключается в том, что в процессе мышления объект включается в новые связи и выступает во все новых качествах, фиксируемых новыми понятиями. В объектах фиксируется каждый раз новое содержание и выявляются все новые свойства. Анализ и обобщение отношений составляют, таким образом, суть процесса мышления. При этом отметим, что успешность операций перекодирования зависит от того, насколько человеку удается выявить и обобщить отношения между рядом явлений1.
Изучая проблему практического интеллекта (оперативного мышления) на примере деятельности полководца, Б. М. Теп-
1 См. С. Л. Рубинштейн. О мышлении и путях его исследования. М„ изд-во АН СССР, 1958, стр. 34.
53
лов показал, что для развитого оперативного .мышления характерно умение «быстро разбираться в сложной ситуации и почти мгновенно находить правильное решение», то есть то, что обычно называется интуицией. Единство образного и понятийного мышления .выступает .в интуиции весьма своеобразно. Отражение общих свойств и существенных взаимосвязей между явлениями здесь сочетается с относительным преобладанием наглядности. Наглядный образ вбирает в себя всю ту сумму знаний, которая получена путем дискурсивного мышления. Как показал Теплой, природа интуиции теснейшим образом связана с высоким развитием пространственных и временных представлений. Причем высокая скорость интуитивного решения задач обусловлена такой перестройкой процессов логического и образного мышления, при которой обеспечивается максимальная свернутость умственных действий1.
В общем случае благодаря отражению существенных связей между явлениями мышление выступает в роли регулятора деятельности человека в целом. Его важнейшей функцией является программирование хода деятельности. Упроченные мыслительные связи, отражающие зависимости между управляемыми процессами, обеспечивают возможность предвидения. Кроме того, возникновение и развитие понятийного и образного мышления приводят к перестройке чувственного отражения, на основе которого оно формируется. Под его влиянием строится развернутая, целенаправленная стратегия информационного поиска и обнаружения необходимых в данный момент сигналов, совершенствуются процессы их различения, идентификации и декодирования за счет развития целостности и структурности восприятия и представления. Короче говоря, преобразуются все сенсорные действия, которые начинают строиться в соответствии с отражением существенных взаимосвязей между воспринимаемыми, опознаваемыми и представляемыми предметами. В эти процессы вносится, таким образом, определенная логика. Естественно, что все это в еще большей мере увеличивает отмеченную выше динамичность «оперативного алфавита» сигналов осведомительной и командной информации и усложняет задачу его определения, а следовательно, и оптимизации деятельности человека путем конструирования соответствующих пультов управления, которые, по сути дела, являются средствами связи человека с технической частью системы «человек — машина».
Из всего сказанного вытекает, что при разработке средств отображения необходимо исходить из анализа структуры и динамики операций приема и переработки информации человеком.
Проектируя средства отображения, разработчик вместе с
1 См. Б. М. Т е п л о в. Проблемы индивидуальных различий. М., изд-во АПН СССР, 1961, стр. 30.
54
тем проектирует и деятельность человека по приему информации, .передаваемой этими средствами.
Важно заранее определить соотношение основных психических процессов (поиск, .различение, идентификация, запоминание, .представление, словесно-логическое мышление), включенных в операцию приема и переработки информации.
На основе проектируемой психологической структуры этой операции должны решаться такие вопросы, как выбор алфавита сигналов, их насыщение информацией, структура информационной модели и способ ее предъявления человеку.
Важнейшим психологическим ограничением при проектировании средств отображения информации должно быть выполнение требования
где С — требуемая для эффективного управления скорость переработки информации;
СПр — пропускная способность человека-оператора по переработке информации при конкретном виде деятельности.
При этом должна быть определена нормальная информационная нагрузка (рис. 8).
При проектировании устройств отображения информации наряду с упомянутыми психологическими закономерностями приема и переработки информации следует учитывать и ряд других ограничений.
Скорость поступления информации
Р и с. 8. Скорость поступления информации
55
Дело в том, что в реальной аппаратуре, как правило, не удается разместить все приборы в центральной зоне зрения, зоне фовеального зрения, в которой оператор видит периферическим зрением стрелки всех приборов, а зрительные оси глаз всегда ориентированы в направлении того прибора, показания которого изменились. Такая зона имеет размеры примерно ±30° по горизонтали и ±'25°—30° по вертикали. За пределами зоны фовеального зрения восприятию прибора должны предшествовать установочные движения глаза, поэтому время чтения приборов увеличивается в несколько раз.
Таким образом, увеличение поверхности, на которой размещаются приборы, усложняет восприятие информации оператором. Это можно проиллюстрировать на простейшем примере. Пусть две сигнальные лампы одновременно загораются с вероятностью 0,5 и изменяют свое состояние один раз в 5 сек. Если от оператора требуется нажатие кнопки в качестве реакции на совместное свечение обеих лампочек, то перед ним стоит задача переработки одной двоичной единицы информации за 5 сек. Очевидно, оператор сможет переработать эту единицу информации далеко не всегда. Бели обе лампочки расположены рядом в центральном поле зрения перед оператором, то анализ поступающей информации не составляет никаких трудностей: скорость поступления информации — 0,2 дв. ед./сек., а пропускная способность—20—70 дв.ед./сек. Если же одна лампочка расположена точно слева от оператора, а другая точно справа, то переработка такого малого количества информации становится физически непереносимой уже через 2—5 мин.
Для количественного анализа влияния этого фактора на сложность переработки информации оператором обратимся к анализу процесса опознания человеком букв при фиксированном поле зрения одного глаза. Как известно, при опознании 75% букв зона составляет ±15° по горизонтали и около ±10° по вертикали, с учетом поля зрения второго глаза ее можно принять равной ±20° по горизонтали и ± 10° по вертикали. Такую зону можно выбрать в качестве условной единицы обзора. Обозначим количество таких условных единиц буквой g.
Таким образом, выражая наибольшие размеры информационного поля количеством введенных условных единиц обзора можно в определенной степени сравнивать сложность восприятия информации человеком-оператором в различных системах.
При анализе сравнительной сложности приема информации в различных информационных полях необходимо также учитывать и то, что для считывания информации оператор иногда вынужден занимать ряд строго фиксированных позиций. Например, при считывании информации со стрелочных приборов для устранения параллакса (кажущееся смещение рассматриваемого объекта) оператор должен ориентировать линию взо-56
,ра перпендикулярно плоскости шкалы прибора; при считывании показаний с цифровых и буквенных индикаторов, расположенных на большой поверхности, уже невозможно последовательно перевести их в зону опознания только установочными движениями глаз. Для этого приходится осуществлять поворот головы, а иногда и полностью менять положение тела.
Указанные обстоятельства необходимо учитывать при анализе сравнительной сложности работы оператора по приему информации в различных технических системах, введя коэффициент К, зависящий от общих размеров информационного поля, его формы и количества стрелочных приборов, размещенных на нем.
С учетом изложенного этот коэффициент целесообразно определить следующим образом:
— при отсутствии на панели стрелочных приборов К-1, если размеры информационного поля не превышают 5 усл. ед. обзора по горизонтали и 7 усл. ед. обзора по вертикали (такие-размеры информационного поля можно держать под наблюдением при одном фиксированном положении оператора);
— при увеличенном поле обзора К-2, если оно не превышает удвоенных размеров поля, соответствующего К-1;
— при дальнейшем увеличении поля обзора до утроенных, размеров поля, соответствующего К-1, К-3;
— при больших размерах К пропорционально увеличивается в зависимости от требуемого количества позиций, которые-должен занять оператор для считывания информации со всего* поля обзора.
Одним из факторов, определяющих сложность приема оператором информации от технических средств, является рассмотренная ранее оперативная неупорядоченность информационного поля.
Общий показатель для сравнения сложности приема информации в различных системах можно рассчитать по формуле
С=-^-а;А(й-(-1).
£пр
Здесь с — скорость предъявления информации в анализируемой системе;
спр — пропускная способность анализатора по переработке информации;
£ — размеры поля обзора в усл. ед. обзора;
k — наибольшее значение коэффициента К, зависящее-от количества позиций, занимаемых оператором;
h — среднее значение показателя оперативной неупорядоченности информационного поля;
а — эмпирический коэффициент, зависящий от особенностей приема и переработки информации в разных системах.
57
Хотя к настоящему времени нет достаточного опыта по применению показателя сложности для выражения абсолютных оценок сложности, все же для сравнительных оценок использование этого показателя вполне возможно.
3. ПАМЯТЬ И ПУТИ ЕЕ РАЗВИТИЯ
Выполнение боевой задачи всегда протекает в сложных условиях и требует активной мобилизации прошлого опыта, развитой памяти.
На первый взгляд может показаться, что работа военного оператора в полуавтоматизированных и автоматизированных системах не предъявляет особых запросов к памяти. Однако при более тщательном рассмотрении операторского труда это представление оказывается совершенно неверным. Деятельность его, как правило, носит многоплановый характер. Так, например, кроме сведений о действиях противника он обрабатывает информацию о состоянии управляемой системы. Одновременно может получить указания старшего начальника о ликвидации последствий нанесенного противником ядерного удара и т. д.
В подобной обстановке оператору предъявляется одновременно несколько сообщений, в каждом из которых содержится информация о состоянии одной из нескольких переменных. Входящая информация изменяет содержание предыдущей информации о переменной, поэтому оператору нужно тщательно следить за текущим состоянием переменных и воспроизводить в уме их прошлые состояния. В случае быстрого предъявления событий слишком большая скорость не позволяет запечатлевать события по отдельности, и поэтому оператор вынужден переходить на более крупные оперативные единицы памяти. Оказывается, что в действие вступают два различных процесса, зависящих от скорости предъявления событий. При медленных скоростях преимущественное значение приобретают процессы воспроизведения или памяти, в то время как при более быстрых скоростях наряду с процессами памяти включаются сложные перцептивные процессы.
Таким образом, воин-оператор должен не просто запечатлеть поступающую к нему информацию, но и прочно удерживать в памяти последовательность ее обслуживания. К этому необходимо добавить, что ошибки памяти оператора, как правило, оплачиваются дорогой ценой.
Память — это отражение того, что ранее воспринималось, переживалось, совершалось и осмысливалось человеком.
Современный кибернетический, инженерно-психологический подход к памяти позволяет определить ее как запоминание, хранение и воспроизведение информации.
В то же время память человека нельзя рассматривать как простое хранилище накопленных фактов. Процесс накоп-58
ления информации у человека неотделим от ее обработки, то есть мышления. Мышление — одно из 'важнейших звеньев в процессе запоминания материала.
Дадим краткую характеристику процессам памяти.
Объем памяти
Когда мы говорим о памяти, то, естественно, нас интересует вопрос о том, какое количество информации в состоянии запомнить человек в течение жизни, то есть какова общая информационная емкость человеческого мозга.
Известно, что каждая клетка головного мозга в одну секунду может запечатлеть информацию, равную 14 дв. ед. Подсчитано, что из общего количества клеток головного мозга— 14—16 млрд. — в состав анализаторов входит 1010. Умножая 14 на 1010, мы получим объем информации мозга в одну секунду. Если принять средний возраст человека за 60 лет, или 2-109 секунд, то произведение 14-1 О'°Х 2-109 = 2,8-1020 даст нам примерное представление об общей информационной емкости мозга человека.
Кладовая памяти человека, как мы видим, рассчитана на хранение огромного количества информации. Если бы человек мог полностью ее использовать, то это позволило бы ему овладеть шестью иностранными языками, усвоить программу трех высших учебных заведений и запомнить содержание всех 100 000 статей Большой Советской Энциклопедии. Некоторые психологи считают, что человек использует возможности своей памяти в течение жизни лишь на 30—40%,
Возникает вопрос, почему такие огромные возможности человеческой памяти оказываются как бы зарезервированными. Дело в том, что общая емкость мозга не является единственным условием запоминания. Прежде чем попасть в мозг на хранение, информация должна проникнуть туда через анализаторы. Возможность запоминания, таким образом, в немалой степени зависит от их пропускной способности, которая имеет свои пределы.
До сих пор речь шла о том, сколько информации может хранить память человека. Теперь установим количество информации, остающейся в мозге при ее одномоментном предъявлении, то есть установим то, что в общей психологии принято называть объемом памяти. Естественно было предположить, что объем памяти ограничен количеством информации, то есть с увеличением количества информации объем памяти уменьшается, а с уменьшением увеличивается. Человек-оператор может запомнить большее количество символов, несущих меньшую информацию, и меньшее количество символов, несущих большую информацию. Согласно этому предположению
59
мы можем запомнить больше цифр, чем букв, так как каждая цифра несет меньше информации, чем буква.
Проведенные, однако, эксперименты американских психологов показали неточность этих предположений. Оказалось, что объем памяти составляет 8 цифр, 7 букв или 5 односложных слов. Во всех трех случаях объем информации оказался разным.
Так, 8 цифр несут информацию, равную 3,3 X 8 = 25 дв. ед., 7 букв — 35 дв. ед., а 5 односложных слов — 50 дв. ед.
Исходя из этих данных, американские психологи пришли к выводу, что объем памяти зависит не от количества информации, а от числа символов или «кусков» информации, число которых является постоянным и равно 7±2 (правило Миллера)1. Миллер очень образно сравнил объем памяти с кошельком, в котором одновременно может поместиться всего 7 монет независимо от их достоинства, будут ли это рубли или копейки.
Советские психологи исследовали объем памяти на материале запоминания чисел. В экспериментальном отношении это было удобно, ибо из них можно составить ряды разной длины. В опытах ,П. Б. Невельского были составлены ряды из четырех алфавитов трехзначных чисел2. Первый алфавит состоял из 2-х, второй — 8-ми, третий — 64-х и четвертый — 512-ти. Количество информации может быть определено по формуле // = log2m, где т — длина всего алфавита, к которому принадлежит данный символ. Отсюда каждая цифра несет информацию //] = log210 = 3,3 дв. ед., а буква 772=log232 = 5 дв. ед. Из разной длины алфавитов для запоминания предъявлялись восемь чисел или восемь символов. Таким образом, количество символов оставалось постоянным, но содержащийся в них объем информации изменялся.
В первом алфавите он был равен:
/Л = 1 Х8 = 8 дв. ед.
Во втором
Я2 = ЗХ8 = 24 дв. ед.
В третьем
//з = 6х8 = 48 дв. ед.
В четвертом
//4 = 9X8 = 72 дв. ед.
Полученные результаты зависимости объема памяти от количества запоминаемой информации показаны на рис. 9.
Из этого графика видно, что объем памяти зависит от количества информации. Эта зависимость обратно пропорциональна. Кривая ее выражает функцию у = ~ , где у— объем
1 См. Дж. Миллер. Магическое число семь плюс минус два. Сб. «Инженерная психология». М., «Прогресс», 1964.
2 См. П. Б. Невельский. Объем памяти и количество информации. Сб. «Проблемы инженерной психологии». Вып. 3. Л., 1965.
60
памяти, а х — количество информации. Из этой зависимости становится очевидным, что увеличение информации снижает объем памяти, а уменьшение увеличивает.
Результаты приведенных экспериментов говорят о том, что из разных по длине сообщений запоминаются лучше ге, которые несут меньше новой информации.
Информация на символ
Р и с. 9. Зависимость объема памяти от количества запоминаемой информации
В рассмотренном эксперименте была установлена зависимость объема памяти от количества информации при равном количестве запоминаемых символов. А как же будет изменяться объем памяти в случае одновременного увеличения количества запоминаемой информации и количества запоминаемых символов?
Зависимость объема памяти от количества информации и числа запоминаемых символов показана на рис. 10. Из графика видно, что с увеличением количества информации и числа символов объем памяти уменьшается. Следовательно, чтобы увеличить объем памяти, надо:
а) уменьшить количество информации;
б) сократить количество запоминаемых символов путем укрупнения «кусков» информации;
в) одновременно уменьшить и количество информации, и количество запоминаемых символов.
Дальнейшие исследования позволили установить, что в случае запоминания информации на короткий срок (кратковре-
61
Р и с. 10. Зависимость объема памяти от количества запоминаемой информации и числа запоминаемых символов
менная память) объем памяти в решающей степени зависит от количества запоминаемых символов. Это согласуется с правилом Миллера (7±2). Объем долговременной памяти в большей мере зависит от количества информации.
Отметив некоторые количественные закономерности зависимости объема памяти от количества информации и числа запоминаемых символов, остановимся далее на рассмотрении процесса запоминания.
Запоминание
Характер запечатления, его сила, яркость и четкость зависят, с одной стороны, от особенностей воздействия отражаемых человеком предметов и явлений и, с другой — от характера деятельности и психологического состояния человека, то есть от его активности.
Инженерно-психологический, информационный подход к процессу запоминания нагляднее всего можно показать на конкретном примере. Допустим, нам нужно запомнить номер телефона A 2-il2-85. Вначале постараемся запечатлеть в памяти букву и каждую цифру в отдельности А—2—1—2—8—5. При такой группировке исходного материала мы будем воспринимать информацию, равную 5+3,3X5=21,5 дв. ед. и состоящую из шести символов.
Выше нами было установлено, что для облегчения запоминания, увеличения объема памяти следует уменьшить количе
62
ство информации или число символов; другой вариант — уменьшить и то, и другое одновременно. Это можно сделать за счет иной — более экономной группировки материала. Четыре последние цифры сгруппируем в два двузначных числа. За счет этого количество запоминаемых символов уменьшится с шести до четырех. Сгруппировав цифры в двузначные числа, мы перешли на более длинный алфавит, так как цифр всего десять, а двузначных чисел девяносто. Не повлекло ли это за собой увеличение информации? Подсчитаем: А 2-12-85=5 + 3,3 + 6,5 + 6,5=21,3 дв. ед. Общее количество информации не увеличилось.
Заменим далее букву А на соответствующую цифру и произведем Перегруппировку, заменив двузначные числа на трех-знач.ные. 121 —282 = 9,8 + 9,8 = 19,6 дв. ед. Итак, мы сократили объем информации почти на две двоичные единицы и уменьшили количество символов с шести до двух. При подобной группировке материала удалось добиться заметного эффекта: существенно облегчить запоминание, увеличить объем памяти.
Однако это не предел! Более тщательное изучение исходного материала выявляет еще одну возможность дальнейшего уменьшения запоминаемой информации. Если мы вернемся к группировке двузначными числами, то в запоминаемом ряду цифр нетрудно установить наличие избыточной информации. В самом деле, в 12-12-85 число 12 повторяется два раза. Открывается возможность для более рациональной группировки материала 12 (2) —85 = 6,5 + 3,3 + 6,5 = 16,3 дв. ед.
В результате преобразований, экономной группировки запоминаемого материала, его структурирования объем информации уменьшился на 5 дв. ед., а число символов до 2. Уменьшение количества запоминаемой информации и числа символов, -безусловно, облегчает запоминание, увеличивает объем памяти.
Из приведенного примера можно сделать следующие выводы:
а) для облегчения запоминания, увеличения объема памяти важнейшее значение имеет рациональная группировка исходного материала, переход на более крупные ..оперативные единицы памяти;
б) в определенных условиях переход на более длинный алфавит, на укрупненные оперативные единицы памяти оказывается выгодным, ибо позволяет сократить -количество символов в запоминаемом материале без увеличения количества информации;
в) для облегчения запоминания исключительно важное значение имеет нахождение -в запоминаемом сообщении избыточной информации;
63
г) один из способов сокращения информации состоит в перекодировании запоминаемых символов (в нашем примере за« мена буквы А на цифру 1).
Запоминание цифрового материала является в большей мере механическим, чем смысловым. Для более полного рассмотрения этого процесса проследим далее запоминание словесно-понятийного материала, которое имеет свои особенности.
Приведем данные одного из экспериментов П. Б. Невельского. Испытуемым предлагалось запомнить 32 слова, которые по смыслу могли быть разделены на две, четыре, восемь и шестнадцать групп. Слова записывались испытуемыми, а затем они должны были их воспроизвести.
Казалось бы, запоминание самой классификации обязывает удержать в памяти большее количество слов, то есть приводит к увеличению числа запоминаемых символов. Разбивая слова на группы, мы ограничиваем алфавит, а значит, уменьшаем неопределенность, энтропию и количество запоминаемой информации.
Слова, не разделенные на смысловые группы, представляют собой объекты из очень длинного алфавита.
Активный словарь человека составляет 16 тыс. слов. В этом случае каждое слово несет количество информации, равное H~\og21600Cte 14 дв. ед.
При разделении запоминаемых слов на две группы алфавит укорачивается в два раза и, следовательно, количество информации на каждое запоминаемое слово уменьшается на 1 дв. ад. При делении на четыре группы — еще на 1 дв. ед. и на восемь групп — вновь на 1 дв. ед. Таким образом, при делении списка слов на восемь групп алфавит слов уменьшается до 2000, а количество информации сокращается не менее чем на 3 дв. ед.
В действительности, учитывая, что вероятность употребления слов различна, количество информации сокращается до 5 дв. ед. Из результатов приведенного эксперимента можно сделать по крайней мере два вывода:
а) сокращение длины алфавита заметно снижает количе-ство_из'быточной информации;
S'" б) уменьшение длины алфавита как средство облегчения памяти более продуктивно, чем уменьшение числа символов.
Вышеприведенные примеры позволяют проиллюстрировать некоторые варианты переработки информации при запоминании и выявляют основные направления развития памяти:
1) уменьшение количества информации за счет перехода па более короткий алфавит;
2) уменьшение числа символов за счет перехода на более длинный алфавит;
64
3) уменьшение количества информации в запоминаемом материале за счет перекодирования информации.
В процессе запоминания указанные способы переработки могут применяться в различных сочетаниях.
Для сознательного и активного развития, а равно и самовоспитания памяти воина полезно знать следующие основные правила запоминания материала.
а) Большую роль при запоминании играет направленность на прочность запоминания.
Экспериментально доказано, что если перед учащимися ставится задача запомнить материал на короткий срок и надолго, навсегда, то во втором случае материал воспроизводится лучше, чем в первом. Это различие в прочности объясняется тем, что установка, мнемоническая направленность на долгое запоминание материала вызывает более активную, сложную деятельность мозга при запоминании1. Материал более выгодно группируется и более тщательно перекодируется и осмысливается. Из этого следует психологопедагогический вывод: очень важно, чтобы учащиеся знали не толька.тц, какой. м.ате_риау1 када-зап.ймни.ть,. но и с какой пол-’’ нотой и прочностью.
б) Активность запоминания в решающей степени зависит от характера деятельности обучаемых.
Традиционная психология всегда подчеркивала преимущество произвольного, преднамеренного запоминания перед запоминанием непроизвольным, непреднамеренным. Однако опыты, проведенные в Харьковском университете под руководством профессора П. И. Зинченко, существенно поколебали это положение.
Об этом свидетельствуют результаты двух экспериментов Г. К. Середы. В первом эксперименте учащиеся контрольного класса заучивали таблицу умножения обычным способом, а в экспериментальном классе решали специально разработанные задачи. Хотя в спецклассе задача на запоминание не ставилась, таблица умножения была усвоена лучше, чем в контрольном классе, где учащимся давалась установка на заучивание таблицы умножения2 Э. Аналогичный эксперимент был проведен с запоминанием стихотворения.
Практический вывод из этих исследований ясен: необходимо не только ставить задачу удержания сообщений в памяти, но и так организовать деятельность обучаемых, чтобы она помогала им активно использовать тот или иной материал
См. Смирнов А. А. Развитие памяти. Сб. «Психологическая наука в СССР». Том I, М„ Изд-во АПН РСФСР, 1957.
2 См. Г. К. Середа. Место и значение непроизвольной памяти в обучении. Материалы XVIII Международного конгресса по психологии. Симпозиум 22. М„ 1966.
Э Военная инженерная психология 65
и вследствие этого запоминать его в процессе занятий. При соответствующей организации учебной деятельности непроизвольное запоминание может быть выше произвольного. Военная психология принимает и учитывает эту рекомендацию, внося в нее некоторые уточнения. В процессе военного обучения должно быть найдено оптимальное соотношение между непроизвольным и произвольным запоминанием.
в) Жизненные наблюдения и экспериментальные исследования показывают огромное превосходство осмысленного запоминания над механическим.
По данным профессора Н. А. Рыбникова, продуктивность осмысленного запоминания в 20 раз выше механического. В чем же причина столь существенного различия? Прежде всего в том, что механическое запоминание основано главным образом на многократном повторении запоминаемого материала.
Осмысленное запоминание основывается на сокращении количества запоминаемой информации, установлении в запоминаемом сообщении избыточной информации, на перекодировании, то есть на понимании запоминаемого материала. Новые связи здесь образуются с использованием старых, ранее сформированных знаний. Смысловое запоминание является более экономным, емким и продуктивным.
Однако, как показывают психолого-педагогические исследования, в конкретной реализации этого принципа еще не используются многие возможности. В построении курсов нередко преобладает индуктивная последовательность прохождения материала: от фактов к выводам, от практики к теории, от изучения материальной части к взаимодействию, к основам проектирования.
С точки зрения правила осмысленного запоминания более целесообразно сначала изучить основы теоретической механики, а затем устройство конкретных механизмов. В этом случае запоминание материала будет более осмысленным, за счет чего может быть резко увеличен объем памяти.
Эксперименты, проведенные в некоторых военных училищах, показали, что в тех курсантских подразделениях, где материальная часть изучалась одновременно с взаимодействием частей и механизмов оружия, запоминание материала оказывалось более продуктивным.
Отдавая предпочтение осмысленному запоминанию, в условиях военной деятельности следует сохранить важное значение и за механическим запоминанием. Многие положения военных дисциплин, например, тактико-технические данные, нормативы нельзя полностью перевести в русло осмысленного запоминания. И вообще противопоставлять механическое запоминание осмысленному вряд ли правильно. Ведь первона-66
чальные накопления знаний почти в любой области требуют значительных усилий механической памяти. Отсюда задача военного педагога состоит в том, чтобы, отдавая предпочтение осмысленному запоминанию, не упускать из поля зрения и развитие механической памяти.
г) Следующее правило запоминания может быть сформулировано так: человек способен воспринять больше информации, содсржадцсйсяв образах^щем. в словах.
Причина этого кроется в разной пропускной способности зрительного и слухового анализаторов. По подсчетам, пропускная способность зрительного анализатора примерно в 100 раз больше, чем слухового. Следовательно, перевод слуховой информации в зрительную может способствовать увеличению объема памяти.
Это вовсе не означает, что надо стремиться во всех случаях трансформировать слуховую информацию в зрительную. Образы обладают большой информационной емкостью, но в отрыве от слова они плохо входят в ранее приобретенную систему связей. Наилучшие результаты с точки зрения запоминания, как показали экспериментальные исследования, достигаются в случае сочетания образа и слова. В наибольшей степени такое сочетание, единство достигается в кино и телевидении. В настоящее время эти технические средства дают наиболее эффективный способ ввода информации. Вместе с тем они являются очень действенным средством для развития памяти. Именно этим средствам обучения принадлежит большое будущее.
д) Продуктивность запоминания теснейшим образом связана с эмоциональной сферой личности обучаемого.
Чем активнее мобилизованы чувства и глубже задета эмоциональная сфера, тем полнее запоминание. Можно подобрать одинаковые сообщения по количеству заключенной в них информации, но создать разный эмоциональный фон — и они будут по-разному восприняты.
Эмоциональность информации придает ей дополнительную ценность. Вот почему художественная проза запоминается лучше, чем специальные тексты, а стихи душце, чем проза. Скука — главный враг нашей памяти] Отсюда вытекает важное педагогическое правило: преподаватель должен уметь воздействовать не только на ум, но и на чувства воинов.
Сохранение и воспроизведение
После того как информация запечатлена в мозгу человека в виде временных связей, динамических структур, воспринятая информация, если она сразу не используется, не воспроизводится, поступает на хранение.
5:
67
Как же совершается процесс хранения информации в мозге человека? Оказывается, воспринятый материал не просто находится в мозге, он продолжает «ассимилироваться» мозгом и преобразовываться. Хранение информации, кроме того, связано с некоторой ее потерей. Воспринятая информация как бы рассеивается, улетучивается или, как мы говорим, забывается.
Забывание — довольно сложный и неравномерный процесс. Немецкий психолог Эббингауз в 1885 году на основе проведенных экспериментов вычертил кривую забывания, которая показана на рис. 11.
Кривая забывания привлекает к себе внимание прежде всего стремительным падением вниз, сразу же в первые часы после запоминания материала. Оказалось, что усвоенная информация наиболее катастрофически уменьшается за первые девять часов: со 100% она падает до 35%. Утеря информации составляет более двух третей от первоначального объема. Соответствующие подсчеты показывают, что процент сбережения усвоенного материала обратно пропорционален логарифму времени.
Рис. 11. Кривая Эббингауза
Из кривой забывания совершенно определенно следует, что повторять_.мдтериал наиболее полезно сразу после его запоминания. По этому поводу К. Д. Ушинский писал, что надо укреплять здание, когда оно стоит, а не пытаться чинить его, когда оно уже в развалинах.
Как все же можно предотвратить резкое снижение памяти, наступающее сразу вслед за заучиванием материала? Одним из средств, активно препятствующих забыванию, является краткий обзор прошлого материала перед сообщением новых знаний.
68
Повторение пройденного материала может обеспечиваться построением курса таким образом, чтобы изучаемые темы перекрывались, а последующие сообщения были связаны с предыдущими и логически взаимосвязаны между собой.
Второй характерной особенностью процеоса сохранения и воспроизведения информации является перестройка или реконструкция запечатленного материала. В каких направлениях обычно происходит эта реконструкция? Оказывается, при сохранении и особенно воспроизведении отчетливо проявляется тенденция перевода усвоенного материала на алфавит собственного языка и уподобление его приобретенному опыту.
Профессор К. К. Платонов поставил такой эксперимент. В конце лекции он попросил студентов запомнить следующее предложение: «Третьего дня у нас приземлился аэроплан». Спустя некоторое время он попросил студентов воспроизвести содержание предложения. Оказалось, что студенты воспроизводили его в совершенно иной редакции: «Позавчера у нас сел самолет». Смысл остался тот же самый, но многие слова оказались замененными. Архаизм «третьего дня» заменен на «позавчера», иностранное слово «аэроплан» заменено на русское слово «самолет», неуклюжее слово «приземлился» заменено более простым глаголом «сел».
Почему же, сохраняя и воспроизводя информацию, человек стремится перейти на собственный алфавит языка и уподобить запоминаемое собственному опыту? Объясняется это тем, что словарный запас человека составляет 15—16 тыс. слов, а словарный запас русского языка около 100 000. Переводя запоминание на собственный алфавит, человек почти в пять раз уменьшает его длину, за счет чего облегчает себе запоминание. Этим же объясняется тенденция уподобления собственному опыту. Социальный, общественный опыт безграничен. В своем же собственном опыте человек горазда увереннее, ориентируется.
Из всего этого следует, в общем, простой педагогический вывод: командир, преподаватель должны разговаривать с обучаемыми на понятном им языке и опираться на тот опыт, которым они обладают. Пустословие, словесное щегольство, козыряние иностранными словами — опасные враги нашей памяти. В то же время правильная, простая, доходчивая речь — это активный пособник развития памяти обучаемых.
4. ПРОБЛЕМА МЫШЛЕНИЯ В ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ
В деятельности воина большое место занимает решение разнообразных задач, связанных с ведением боя, обслуживанием вверенной ему боевой техники. Примечательно, что с
69
развитием средств борьбы содержание этих задач усложняется, отводимые нормы времени уменьшаются, а ответственность за принятые решения возрастает. К этому необходимо добавить, что в бою с применением средств массового поражения и участием высокоманевренных войск деятельность военнослужащих, за редким исключением, будет протекать в неповторяющихся условиях. Это означает, что в своей практике они не могут пользоваться готовыми образцами решений, механически копировать ранее применявшиеся способы действий.
Изменившиеся условия ведения боя обязывают развивать интеллектуальные качества военнослужащих всех степеней, поднимать их мышление на уровень творческой мысли. Только на таком уровне развития мышления в современных условиях, собственно, и возможно правильное решение сложных боевых задач. Это положение должно постоянно учитываться в боевой подготовке наших воинов. Для успешного решения данной задачи, безусловно, важно знать, какими основными чертами характеризуется мышление воина, связанное с решением боевых задач, какова структура этого мышления и пути его развития.
Переходя к рассмотрению этих вопросов, важно уяснить, что содержание мышления изучается конкретными науками. Так, например, содержание тактического мышления изучает тактика, определяя порядок принятия решения и его содержание в различных видах боевой деятельности. Формы мышления-понятия, суждения, умозаключения, их связь и взаимодействие изучает логика. Психология рассматривает мышление как обобщенное и опосредственное отражение человеком объективной действительности, то есть исследует его со стороны процесса. Инженерная психология рассматривает тот вид мышления, который непосредственно связан с практической деятельностью человека, с обслуживанием машинных комплексов и систем.
Определение оперативного мышления
В инженерной психологии оперативное мышление обычно характеризуется рядом признаков. Одним из первых признаков считается наличие тесной, фактически переходящей в единство, связи между восприятием и осмысливанием быстро изменяющейся информации, условий обстановки.
Оперативное мышление направлено на обслуживание сложных машинных комплексов. Принятие решения здесь нередко сливается с процессом его исполнения. Оно непосредственно вплетается в деятельность расчетов, экипажей, органически сливается с ней.
Оперативное мышление, как правило, протекает в жестко лимитированных нормах времени. Оно связано с глубокими 70
переживаниями ответственности за принимаемое решение и требует, следовательно, большого эмоционально-волевого напряжения. Иными словами, экстремальные условия составляют важный признак оперативного мышления.
Отметим и еще одно качество оперативного мышления: большой удельный вес операций декодирования. Дело в том, что управляющий той или иной системой воин, как правило, удален от управляемых агрегатов, комплексов, лишен возможности непосредственно наблюдать складывающуюся ситуацию. Он получает сведения об обстановке через различные приборы посредством условных знаков, сигналов, то есть в закодированном виде. Оператор непосредственно не воспринимает состояния управляемой системы, а получает в более или менее полном объеме лишь закодированную информацию о ней. Декодирование информации требует от оператора большой мыслительной активности.
В инженерной психологии оперативное мышление рассматривается как компонент управления сложными производственными системами, которые получили название больших систем. В системах такого рода часто встречаются неожиданные осложненные ситуации, и, чтобы управлять ими, оператор должен уметь быстро изыскивать новые способы действий. Примерами таких систем могут служить крупные промышленные предприятия, железнодорожные станции, аэропорты и т. д. Для них характерна высокая степень автоматизации. Нетрудно видеть сходство между управлением большой производственной системой и, например, управлением ракетными, зенитно-ракетными комплексами, боевыми кораблями, а с учетом того обстоятельства, что каждое современное подразделение насыщено большим количеством сложной боевой техники, и управлением войсками вообще.
Как уже отмечалось выше, человек, осуществляющий управление (регулятор системы), разобщен со своим управляемым объектом, и поэтому он вынужден на основе поступающей к нему словесной и иной информации создавать более или менее ясное представление о складывающейся обстановке: положении противника, состоянии своего объекта, подразделения, части, соседей. Или, иначе, он должен мысленно сформировать модель обстановки и управляемого объекта. Образное представление, воссоздание, моделирование обстановки являются необходимыми компонентами оперативного мышления. С помощью такой динамической модели на основе сопоставления реального положения с тем, что нужно достигнуть, и осуществляется процесс принятия решения.
При рассмотрении указанных признаков оперативного мышления в инженерно-психологическом понимании легко установить его большое сходство с тактическим командирским мышлением, для которого также характерны непосредствен-
71
ная связь с практической деятельностью, совпадение восприятия обстановки с ее оценкой, необходимость при принятии решения мысленного моделирования условий обстановки. С учетом этого обстоятельства и будут рассмотрены все другие вопросы оперативного мышления.
Структура оперативного мышления
Оперативное мышление, впрочем как и всякое мышление, начинается с осмысливания, уяснения задачи. Боевая задача определяется старшим начальником и доводится воинам обычно в лаконичной форме. В ней указывают лишь на итоговую цель ведения боевых действий.
Так, например, зенитно-ракетному подразделению боевая задача может быть поставлена в следующем виде: во взаимодействии с истребительной авиацией прикрыть объект № 2 с юго-западного направления в секторе а, Ь, с. Уясняя такую задачу, командир зенитно-ракетной части должен более детально, развернуто понять ее содержание. Раскрывая замысел старшего начальника на создание зоны совместных действий зенитно-ракетных комплексов и истребительной авиации на подступах к объекту № 2, командир зенитно-ракетной части тем самым в первом приближении уже намечает способ боевого применения подчиненных ему сил и средств.
Предположение способа боевого применения комплексов позволяет полнее раскрыть тот объем требований, который заключает в себе содержание поставленной боевой задачи. В приведенном примере, в частности, такими требованиями будут:
а) своевременное обнаружение воздушных целей на максимально возможной дальности;
б) определение характера цели (групповая, одиночная, типы самолетов, их боевое назначение);
в) проводка цели до ее поражения или передачи соседней части;
г) поражение целей ракетами на высотах, исключающих диапазон высот истребителей (при условии, что распределение целей осуществляется по высотам).
Уяснение боевой задачи, как мы видим, представляет собой достаточно сложный, многоступенчатый мыслительный процесс.
Соответствующие психологические исследования позволяют в первом приближении наметить структуру мыслительного процесса уяснения боевой задачи (см. рис. 12). По содержанию этот процесс является движением, переходом мысли воина от свернутой формулировки боевой задачи к детальному раскрытию содержащихся в ней требований, подзадач. Такое детальное раскрытие осуществляется через предполо-72
жение, наметку способа боевого использования имеющихся средств. С точки зрения формы данный мыслительный акт представляет собой соотнесение цели со способом действия и является не чем иным, как анализом через синтез.
Есть в уяснении задачи и другая важная сторона: понимание роли и места своего подразделения, части в операции, выполняемой вышестоящей частью, соединением. Оно протекает всегда в виде сопоставления содержания двух задач, выявляющихся через сравнение. Это способствует еще более полному раскрытию требований, предъявляемых к подразделению (части) старшим начальником, и подчеркивает те из них, которые имеют наибольшую значимость.
Итак, уяснение боевой задачи слагается из двух основных операций мышления: анализа через синтез и через сравнение, то есть оно не является процессом чисто аналитическим, а имеет ярко выраженный аналитико-синтетический характер. Выявление требований боевой задачи придает процессу принятия решения строго направленный, избирательный характер. За счет этого резко сокращается необходимость анализировать большое количество связей между элементами обстановки, уменьшается область поиска.
Вне понимания, уяснения задачи осмысливание обстановки было бы бесконечным и практически невозможным. В подтверждение этого можно привести некоторые расчеты. Известно, что тактическая обстановка слагается из семи факторов, элементов (противник, объекты, по которым целесообразно нанести ядерные удары, свои войска, соседи, местность, радиационная обстановка, метеоусловия). По формуле С = К.(К.—1), где С — количество связей между элементами системы, а /С—количество элементов, из которых состоит система, можно подсчитать, какое количество связей существует между семью элементами. Оно будет равно 7(7—1)=42. Значит, внутри системы, состоящей из семи элементов, насчитывается 42 связи. Но если, далее, мы предположим, что каждая из этих связей имеет два состояния (в действительности таких состояний может быть больше), то тогда число резко возрастает и оказывается равным 242. Анализировать такое огромное количество связей практически означает нескончаемо затянуть процесс принятия решения. Именно благодаря уяснению задачи из обилия разнообразных связей отбираются и осмысливаются лишь те, которые существенны с точки зрения требований поставленной задачи.
Вторым важнейшим этапом принятия решения является оценка обстановки. По своему психологическому содержанию опа представляет собой соотнесение проанализированных требований боевой задачи с условиями ее выполнения.
Совокупность требований боевой задачи дает возможность наметить систему гипотез, проверкой которых и доказатель-
73
Рис. 12. Структура мыслительного процесса принятия решения
ством их истинности или ложности служит оценка обстановки. Каждая гипотеза сравнивается, сличается с обстановкой путем перебора составляющих ее условий, признаков. В случае расхождения, рассогласования содержания гипотезы с условиями обстановки она отвергается. Новое предположение выдвигается с учетом слабых сторон старых гипотетических суждений и подвергается аналогичной проверке. Поиски продолжаются до тех пор, пока выдвинутая гипотеза не будет соответствовать всем условиям обстановки.
Выдвижение гипотез и их проверка в ходе оценки обстановки имеют большое информационное значение. Проверка гипотезы не только делает мышление более строго направленным, продуктивным, но и обогащает командира новой информацией, которая сама по себе непосредственно не содержится в исходной обстановке.
Когда командир прикидывает, иными словами, выдвигает и проверяет гипотезу о возможности вынесения зоны истребительной авиации впереди зоны зенитно-ракетных подразделений, то он полнее производит оценку возможного характера действий противника, условий взаимодействия и боевых возможностей своих сил и средств.
Для разъяснения данного положения правомерно привести сравнение с шахматной игрой: играющий воспринимает сложившуюся ситуацию, осмысливает ее, вырабатывает план дальнейшей игры, делает мысленные ходы. Эти мысленные ходы дают возможность играющему полнее выявить связи между фигурами на доске, глубже проникнуть в возможный план действий противника. Ситуация, состоящая из отдельных, разрозненных элементов, представляет собой, по выражению психологов, дискретную совокупность и осмысливается как связанное, единое целое. С помощью этой отражательной деятельности, иначе называемой аналитико-синтетической, создается единое представление о сложившейся обстановке. Целостную же картину, в которой различные элементы связаны между собой, соотнесены и осмыслены, называют оперативно-информационной моделью обстановки.
Разумеется, далеко не всегда первая оперативно-информационная модель, сложившаяся на основе первоначального анализа ситуации, является наилучшей и способствует оптимальному решению стоящей перед воином задачи. Для оценки достоинства модели воин, решающий задачу, должен мысленно претворить план -в реальность, и если это не приведет к удовлетворительному результату, то создать новую модель. Неудача плана позволяет выявить существенные признаки элементов, которые раньше человек не замечал. Таким образом, решение задачи представляет собой поступательное движение от познания свойств элементов, из которых складываются условия задачи, к варианту решения и от него к более
75
углубленному познанию свойств элементов, то есть здесь имеет место как прямой, так и обратный ход мысли.
В результате построения, как правило, нескольких оперативно-информационных моделей и их мысленной проверки находится оптимальный план действий, строится модель, учитывающая все стороны обстановки и все последствия планируемых действий. Эту модель, являющуюся замыслом решения командира, воина, называют концептуальной. Именно она становится программой практических действий, кладется в основу исполнения решения.
Оценка обстановки обычно включает в себя осмысливание нескольких постоянных факторов, таких, как: противник, свои войска, соседи, местность, время, метеорологические условия.
Первым показателем, с которым обычно приходится сталкиваться при рассмотрении качества оценки обстановки, является ее полнота. Факторы оценки обстановки существенно отличны друг от друга не только по своему общему содержанию, но и по степени их эмоциональной выраженности.
Наиболее резко выраженное эмоциональное воздействие из всех факторов обстановки обычно оказывает противник. Концентрируя на себе главные усилия мысли командира, оценка противника нередко как бы поглощает, маскирует, забивает другие факторы обстановки. Именно вследствие этого оценка обстановки, осуществляемая в острых ситуациях, оказывается неполной.
С этим часто приходится сталкиваться на тактических занятиях и учениях при завязке боевых действий, нанесении противником ядерных ударов, отражении массированных налетов средств воздушного нападения противника. Одностороннее, а подчас непроизвольное сосредоточение командира на одних сторонах обстановки неизбежно ведет к упущению других важных ее сторон. На такого рода решениях, принимаемых в состоянии торопливости, импульсивности, всегда лежит печать непродуманное™ и ограниченности. Неполная оценка обстановки может явиться причиной многих просчетов, ошибок и упущений.
Весьма существенно отличаются друг от друга факторы обстановки и по объему заключенной в них информации. Если при оценке противника командир в большинстве случаев испытывает недостаток информации, то при оценке местности и своих войск он, как правило, сталкивается с ее избытком. Данное обстоятельство оказывает большое влияние на содержание и структуру мыслительных операций воина. Дефицит информации о противнике обязывает его восполнить недостающие данные путем широкого привлечения имеющихся знаний о вооружении, организации и тактике противника.
76
С точки зрения инженерной психологии это означает, что недостаток конкретной информации преодолевается за счет использования такой информации, которая приобретается до решения той или иной тактической задачи.
Мышление воина в данном случае представляет собой систему умозаключений, где один вывод служит основанием, посылкой для другого. Так, например, при групповом налете авиации, используя сведения о характере предшествующих налетов, знания о месте самолета-носителя, о режиме полета, командир определяет наиболее важную цель, которая должна быть поражена в первую очередь.
Осмысливание избыточной информации требует выделения из множества элементов наиболее существенных под углом зрения поставленной задачи. Решающее значение здесь принадлежит операциям обобщения и абстракции. Если говорить о структуре оценки факторов обстановки, то она является движением мысли воина от фактов к выводам и в самом общем виде может быть представлена как операция, развивающаяся по схеме: «анализ—синтез» (см. рис. 12). Этот процесс в своей основе индуктивный, анализирующе-обобщающий, но полученные выводы не всегда достоверны. Правильность полученных выводов обычно проверяется путем сопоставления их с фактами, то есть за счет дедуктивных операций. Обратный ход мысли как бы взаимно уравновешивает операции анализа и синтеза, индукции и дедукции. Мышление становится более самокритичным и самоконтролирующим.
Оценка обстановки не слагается из оценки ее отдельных факторов. В мыслительном процессе оценки обстановки должен непременно иметь место переход от частных выводов к выводам более общим, составляющим основу решения. Такой переход особенно отчетлив в случае, если частные выводы по отдельным факторам обстановки оказываются несогла-сующимися, противоречивыми.
Процесс обобщения частных выводов в выводы более общие оказывается полноценным лишь при условии, если он достаточно прочно опирается на анализ имеющихся частных выводов, то есть когда он протекает как синтез через анализ и носит обобщающе-анализирующий характер. В противном случае неизбежен отлет мысли от реальной обстановки, что неизбежно влечет за собой нарушение оптимального равновесия между чувственной и логической сторонами оценки обстановки.
В случае обобщения несогласующихся частных выводов противоречие между ними преодолевается путем взвешивания, сравнения их значимости, важности в данной конкретной обстановке. Таким образом, синтез через анализ дополняется синтезом через сравнение; посредством этой операции противоречие между выводами снимается.
77
Вслед за оценкой обстановки для окончательного формулирования решения необходимо расставить полученные выводы в определенной последовательности путем соответствующей их классификации и распределения по пунктам решения.
Мышление оператора
Оперативное мышление направлено на обслуживание сложных машинных комплексов. В наиболее типичном виде оно осуществляется в сфере управления ракетами, кораблями, самолетами.
Оператор в отличие от командира-оператора обслуживает не комплекс боевых машин, а лишь одну боевую машину, установку, агрегат, как это имеет место, например, в деятельности оператора-ракетчика или оператора-радиолокаторщика. Выполняя свои обязанности, воин-оператор принимает решения на использование вверенной ему боевой машины, установки, станции, которые являются объектом его мыслительной деятельности. И хотя он мыслит в более узком объеме, перерабатывает меньший объем информации, тем не менее его мышление во многом сходно с мышлением командира-оператора. Мышление оператора самым непосредственным образом включено в практическую деятельность. Оно также осуществляется в интересах выполнения боевой задачи и протекает в ярко выраженных эстремальных условиях: дефиците информации и времени. Исходя из этого мышление воина-оператора следует рассматривать как особую разновидность оперативного мышления.
Мышление воина-оператора имеет свои особенности, специфические черты, которые прежде всего определяются характером его деятельности и содержанием выполняемых задач. В зависимости от структуры и формы протекания мыслительных процессов, способов переработки информации решения воина-оператора в инженерной психологии классифицируются по нескольким тийам1.
К первой и, пожалуй, наиболее простой группе решений относятся решения, связанные с предпрограммированными действиями, с выдерживанием определенного режима работы той боевой машины, установки, которой воин управляет. Например, в ответ на показания соответствующих приборов пилот принимает решение увеличить высоту, увеличить скорость, или при восприятии зеленого света оператор включает, а красного — выключает свой агрегат. К этой же группе решений относятся операции воина-оператора, работающего в-режиме слежения, когда он совмещает следящее изображе
1 См. Л. Фогель. Интеллектуальные уровни решений. Сб. «Инженерная психология». М., изд-во «Прогресс», 11964.
78
ние с заданным его положением на экране. При решении такого рода элементарных задач происходит соотнесение воспринятого сигнала с состоянием объекта, то есть сигнал расшифровывается, декодируется. Например, считывая показания высотомера, пилот отмечает понижение высоты самолета. Декодирование сигнала однозначно связывается с решением набрать требуемую высоту. Или, например, совмещение стрелки с красной чертой означает наполнение емкости топливом. Декодирование данного сигнала однозначно связывается с решением прекратить подачу топлива. Решения здесь сводятся к выполнению действий, которые определены инструкцией, правилами эксплуатации и заранее усвоены оператором. Оператор выполняет заданную программу, он управляет алгоритмическими процессами. Мышление здесь предопределяется известными априорными теоретическими посылками (требованиями инструкций, правилами эксплуатации) и по своей форме является дедуктивным.
Дедуктивные решения могут быть математически описаны формулой yi = F(xi), где х{—входной сигнал, F—логический оператор, z/j—выход системы.
Мышление оператора не исчерпывается принятием дедуктивных решений, так как его деятельность обычно протекает в затрудненных условиях, а обслуживаемая им техника чрезвычайно сложна. Следует учитывать, что процесс передачи и кодирования сообщений связан с искажениями и потерей некоторого количества информации. Поэтому оператор должен не только соотносить информацию с управляемым объектом, но и реконструировать ее.
В большинстве случаев оператор обнаруживает сигнал на фоне шумов. И здесь информация преобразовывается таким: образом, что по заданному следствию нужно найти вызвавшую его причину. Только в этом случае оператор сможет уверенно выделить сигнал на фоне шума, восстановить искаженный образ сигнала. В отличие от дедуктивных решений, где оператор переходит на основе знания инструкции от причины к следствию, от сигнала к Действию, в данном случае его мышление развивается как бы в противоположном направлении от следствия к причине. Движение мысли от следствия к причине принято называть абдуктивными операциями, а находимые таким путем решения абдуктивными.
Сложных и очень тонких абдуктивных операций требует от оператора решение задач, связанных с устранением причин задержек в работе, устранения неисправностей, рассогласования. Абдуктивные решения в отличие от дедуктивных характеризуются большей степенью неопределенности, так как одно и то же следствие (один и тот же сигнал) может вызываться (искажаться) разными причинами. Абдуктивные решения представляют собой более высокий уровень мышления.
79
Процесс мышления здесь включает уже выдвижение гипотез: высвечиваемая на экране точка (r/i) может опознаваться либо как сигнал (лу), либо как шум. Перебои в работе машины могут вызываться и по причине А, и по причине Б. Успех аб-дуктивных решений во многом зависит от проверки выдвинутых гипотез, от знания руководящих правил, по которым сигнал отделяется от шума, действия одной причины отличаются от действий другой.
Воину-оператору приходится решать и такие задачи, когда он не может использовать заранее усвоенные теоретические положения в готовом виде. Речь идет об оценке ситуаций, где информация дается по нескольким параметрам и по отдельным признакам, где по дискретной совокупности данных индуктивным путем нужно составить целостное представление о сложившейся ситуации в целом. Например, получив информацию о группе самолетов противника, их высоте и скорости, оператор может судить о том, какое подразделение ВВС противника находится в воздухе, сделать выводы о его построении, о наличии и местоположении самолетов-носителей и возможных способах действия самолетов противника. При решении подобного рода задач оценка обстановки представляет собой обобщение нескольких сигналов, установление известных связей и отношений между ними, то есть индукцию. Аналитико-синтетическая переработка исходной информации, разумеется, опирается на ранее усвоенные положения и рекомендации теории. Эти положения, однако, ввиду их многообразия и некоторой противоречивости не могут быть использованы прямо и выступают в определенном сочетании, в совокупности, подвергаясь переосмысливанию и переработке.
Индуктивные решения в отличие от дедуктивных не являются простым воспроизведением ранее усвоенных руководящих правил. В боевой деятельности решения воина-оператора очень часто представляют собой осмысленные акции на действия противника. Принимая решение на противодействие, что весьма характерно, например, для решений пилота, ведущего воздушный бой, оператор должен не только составить целостное представление о ситуации, но и предвидеть, прогнозировать те изменения, которые произойдут в ней к моменту исполнения принятого решения, так как на поиск решения и исполнительские действия затрачивается определенное количество времени, в течение которого обстановка не может оставаться неизменной.
Необходимость |Прог.нозиравания может вызываться не только характером действий противника, содержанием боевой задачи, но и техническими возможностями управляемых подсистем. Дело в том, что, проходя по каналам связи, информа-80
ция о состоянии объекта поступает с некоторым опозданием. Все это обязывает оператора принимать решения с предвидением возможных изменений в обстановке, преобразовывать и экстраполировать исходную ситуацию. При анализе обстановки оператор должен исходить не только из той ситуации, которую он воссоздал на основании полученной информации, но также из экстраполяции этой ситуации на время St +SA^, где tL — время, затраченное оператором на принятие решения, &t— время передачи исполнительной команды.
Прогнозичесиие решения характеризуются высокой степенью неопределенности и поэтому в сравнении с другими видами решений требуют более высокого уровня мышления. Мышление воина-оператора, если его сравнивать с мышлением командира-оператора, отличается от последнего и объемом, и способами переработки информации. Мышление командира охватывает большой объем данных, принятие им решения требует использования многих форм и операций мышления (см. рис. 12).
Воин-оператор в ряде случаев может находить решения на уровне одной формы мышления (дедукции, абдукции, индукции). Однако при принятии индуктивных и особенно прогно-зических решений, наиболее характерных для условий боевой работы, мышление воина-оператора и по объему, и поспо-собам переработки информации приближается к командирскому.
Учитывая это, было бы неверным рассматривать мышление воина-оператора как низший уровень мышления. В действительности оно является разновидностью оперативного мышления, которое может осуществляться на разных уровнях.
Развитие оперативного мышления
От чего же зависит развитие оперативного мышления, какими факторами оно определяется?
Выше отмечалось, что мышление — это познание, опосредствованное знаниями. Данное обстоятельство дает иногда основание думать, что увеличение объема знаний, накопление информации и представляют собой важнейшее условие развития оперативного мышления. Соответствующие психологические исследования показывают, однако, что наращивание знаний, простое накопление информации далеко не всегда приводит к заметным сдвигам в этой области.
Современная психология мышления исходит из того, что в мышлении успешно используются лишь систематизированные знания, сложившиеся в достаточно подвижную и гибкую систему. Очень важно заметить, что знания приобретают черты систематизированности лишь через опыт решения задач. Рассудочное усвоение, простое запоминание тех или иных поло-
5 Военная инженерная психология g]
жений военной теории мало способствуют развитию мышления.
Признание опыта решения оперативных задач в качестве основы систематизации оперативных знаний иногда дает повод думать о том, что развитие оперативного мышления находится в прямой зависимости от количества решенных задач. Эта точка зрения обычно выражается так: чтобы развивать оперативное мышление, надо решать как можно больше задач.
Результаты психологических исследований поставили, однако, этот тезис под сомнение. Современная психология мышления отмечает, что развитие мышления зависит не столько от количества, сколько от подбора решенных задач. Экспериментально, например, доказано, что если обучаемых длительное время упражнять в решении какого-то одного типа задач, то у них вырабатывается тенденция подводить задачи другого типа под усвоенный тип.
Экспериментальной проверке подвергся и вопрос влияния на развитие мышления непрерывного разнообразия задач. Оказывается, что в этом случае у обучаемых не вырабатывается устойчивых структур, усвоенных приемов, способов действия. Такой подбор задач не организует, а скорее дезорганизует мышление обучаемых. Из этого следует, что для развития оперативного мышления очень важно найти правильное соотношение между задачами, решаемыми по определенной схеме, и задачами, требующими творческих усилий мысли, или, говоря иначе, между алгоритмическими и эвристическими задачами.
Данные экспериментальных исследований говорят о том, что успех решения задач в немалой степени определяется правильностью операций мышления, которые выступают как способы переработки исходной информации и обеспечивают движение мысли от исходных данных к искомому результату. От того, как при принятии решения осуществляются такие мыслительные операции, как анализ, синтез, обобщение, абстракция, конкретизация и т. д., во многом зависят и поступательный ход мысли, и ее продуктивность.
Соответствующие психологические исследования показали, далее, что операции мышления могут продуктивно функционировать лишь в системе операций, а также при условии, если они обеспечивают как прямой, так и обратный ход мысли.
Операции мышления могут быть сформированы лишь в процессе решения задач. Это известное положение. Но, к сожалению, до сих пор дело обстоит так, что в процессе обучения операции мышления нередко являются лишь побочным, а подчас и просто стихийным продуктом решения задач. Необходимо придать вопросу развития оперативного мышления большее значение, а само овладение операциями мышления 82
сделать процессом сознательным и управляемым. Неоценимую помощь в этом отношении оказывает изучение марксистско-ленинской диалектики, психологии и логики.
Развитие оперативного мышления может быть активизировано различными приемами, способами методического порядка. Так, например, для активизации мыслительного процесса, уяснения задачи очень важно рельефнее подчеркнуть связь между содержанием той или иной боевой задачи и возможными способами ее выполнения. Формирование ассоциаций типа «задача — способы действий» надо сделать предметом сознательного усвоения обучаемых. Это дает возможность привить им отношение к боевой задаче не только как к исходному пункту мышления, но и как к фактору, в решающей степени определяющему всю его направленность.
Важным направлением развития у обучаемых мыслительного процесса уяснения боевой задачи является предупреждение ошибочного отождествления боевых задач. В практике нередки случаи смешения боевых задач, недостаточно дифференцированного их понимания. Результатом этого обычно является подмена одной задачи другой, что, естественно, приводит к ошибочным решениям.
На одном из учений зенитной части была поставлена задача: прикрыть объект от ударов низколетящих самолетов «противника». Но малоопытный командир глубоко не уяснил особенности поставленной задачи. Обстрел воздушных целей производился интенсивно и на предельных высотах. Вскоре были использованы все боеприпасы. И когда на объект пошел низколетящий носитель, то обстрелять его было уже нечем.
Избежать подмены задач, более глубоко понять их своеобразие, как показывают психологические исследования, помогает такой методический прием, как решение парных задач. Существо этого приема состоит в том, что обучаемым ставятся либо одновременно, а лучше последовательно две задачи. Отличаются они только содержанием боевых задач при почти полном совпадении всех условий обстановки. Сравнение, сопоставление содержания двух задач на фоне сходства делает заметнее их различие, резче, |рельефнее подчеркивает своеобразие каждой из них. Настоящий прием достаточно эффективно способствует дифференцированному пониманию боевых задач, и поэтому в практике обучения его следует применять шире.
В процессе решения задач необходимо учить воинов преодолевать недостаток исходных данных, дефицит информации, специально создавая для этого соответствующие условия. Между тем в практике обучения до сих пор еще нередко приходится сталкиваться с двумя крайностями. В одних случаях по всем факторам обстановки дается завышенный объем информации, а в других — заниженный. В обоих случаях обста-6- 83
новка оказывается непоучительной, не соответствующей природе оперативного мышления.
Наиболее поучительной для боевой деятельности следует считать обстановку, в которой по одним факторам (противнику, соседям) надо преодолевать недостаток информации, а по другим (местности, своим войскам) —ее избыток. Это требование важно соблюсти в отношении исходной обстановки при организации боя. Что касается ведения боевых действий, то здесь правомерно и оправдано вносить недостаток информации и в оценку своих войск, так как в условиях широкого применения средств массового поражения и радиопомех командир далеко не всегда сможет иметь полные сведения о их состоянии.
На формирование у обучаемых обратного хода мысли, обратных операций положительное влияние оказывает такой методический прием, как обоснование принятого решения. Задача на обоснование придает оценке обстановки характер доказательства.
Для формирования оперативного мышления чрезвычайно важно развивать у обучаемых умение преодолевать противоречия в условиях обстановки. Следует, однако, иметь в виду, что при решении задач с согласовывающимися условиями это важное качество либо вовсе не формируется, либо проявляется лишь в очень незначительной степени. Наиболее благоприятным для формирования рассматриваемых операций следует считать решение задач с конфликтными ситуациями. Они способствуют развитию диалектического склада ума, и поэтому им должно отдаваться предпочтение в боевой подготовке.
Оперативное мышление и технические средства управления войсками
Бурный технический прогресс ведет ко все более широкому применению в управлении войсками различных технических средств. Самого пристального внимания в связи с этим заслуживает исследование того, насколько эти средства соответствуют природе оперативного мышления, достаточно ли полно учитываются особенности мыслительных процессов воина при их разработке.
Проблема согласования технических средств с содержанием и структурой оперативного мышления достаточно сложна. Ее решение в настоящее время осуществляется по трем основным направлениям.
Первое из этих направлений связано с построением технических информационных моделей. Выше было отмечено, чем полнее и адекватнее построена информационная модель, тем продуктивнее результаты оперативного мышления человека-оператора, опирающегося на данную модель. Из этого следует, что в активизации процессов оперативного мышления ис-84
пользование технических средств должно способствовать прежде всего построению более четкой информационной модели. Задача состоит в том, чтобы сделать ее более воспринимаемой, содержательной и в то же время наглядной. С давних пор в военной практике роль информационной модели выполняли топографические карты с нанесенной на них обстановкой. Конечно, они продолжают оставаться активным пособником командирской мысли и поныне. В то же время сейчас, как никогда ранее, стали очевидными существенные недостатки и ограничения такого рода информационных моделей. Достаточно отметить, что боевая обстановка на карте выглядит застывшей и неподвижной, а динамика боя — весьма условной и крайне схематизированной. Обстановка на карте дает лишь статическую информационную модель, поэтому в ходе боя, в динамичной, быстро изменяющейся обстановке, например при отражении массированных налетов авиации противника, атаки неприятельских кораблей, она может быть использована лишь ограниченно.
Все возрастающая динамичность боевых действий обязывает прибегать к другим средствам и способам построения информационной модели. В военной практике широкое распространение в связи с этим получают технические устройства наглядного отображения информации: табло и экраны с высвечивающейся на них боевой обстановкой. Такие средства могут и должны обеспечивать построение динамической информационной модели. Это первое и важнейшее требование, которое должно предъявляться к средствам наглядного отображения обстановки. Не отвечающие этому условию информационные модели находятся в явном и трудноразрешимом противоречии с характером оперативного мышления, которое основывается на создании мысленных оперативно-информационных моделей.
Наряду с этим средства наглядного отображения обстановки должны обязательно учитывать и другие особенности оперативного мышления.
По механизму осуществления оперативное мышление является процессом аналитико-синтетическим, то есть в нем имеют место как деление, дробление, анализирование, так и объединение, укрупнение, синтезирование информации. Это означает, что на средствах наглядного отображения должно быть обеспечено и частичное, и полное отражение сложившейся обстановки. Обстановка сначала осмысливается по отдельным факторам (противник, свои войска, местность и т. д.), затем оценивается в различных комбинациях их взаимосвязь, и, наконец, мышление поднимается на уровень оценки всей ситуации в целом.
Подобная этапность, последовательность должна быть обеспечена и на средствах наглядного отображения, с тем
85
чтобы командир, воин, осмысливающий информацию, мог произвольно ее комбинировать для более глубокой и всесторонней оценки как отдельных факторов, так и всей ситуации в целом.
Третье требование к конструкции устройств наглядного отображения, выводимое также из особенностей оперативного мышления, относится к объему подаваемой информации, к степени ее детализации.
Установившаяся в военной практике традиция доводить обстановку на две ступени ниже (в полку — до роты, батареи, установки; в дивизии — до батальона, дивизиона) с точки зрения оптимизации процесса оперативного мышления не может быть безоговорочно принята. В ряде психологических экспериментов подмечено, а на практике подтверждено, что детальное предъявление обстановки иногда содержит в себе много иррелевантной (не относящейся к задаче) информации. Это как бы забивает информационную модель и оказывает тормозящее влияние на процессы мышления. Более того, в экспериментах В. Н. Пушкина и Д. Н. Завалишиной1 показано, что укрупнение оперативных единиц мышления повышает продуктивность последнего. Специально проведенные наблюдения свидетельствуют о том, что общая оперативная или тактическая идея, замысел действия, решения обычно вырастают из обобщенного и в значительной мере схематизированного осмысливания ситуации. Восприятие деталей здесь может оказаться не только излишним, но и вредным. В то же время при мысленной проверке замысла действий приходится учитывать уже множество деталей. Детальное знание обстановки требуется командиру при определении боевых задач подчиненным. Из всего этого следует, что приборы, средства наглядного отображения должны обеспечивать как детальное, подробное, так и обобщенное, схематизированное предъявление обстановки.
Второе направление в согласовании мыслительных возможностей воина и техники связано с применением таких технических средств, которые не только оптимизируют отображение ситуации, построение информационной модели, то есть преобразуют информацию по форме, но и изменяют ее по содержанию, непосредственно «выполняя отдельные операции мышления». Речь идет о наиболее оптимальном распределении функций при принятии решения между человеком и электронно-вычислительными машинами.
Современные ЭВМ способны выполнять те операции, которые поддаются математической формализации. Принимая решение, в процессе оценки обстановки командир не просто осмысливает сложную группу вопросов, но и производит боль
1 См. В. Н. Пушкин. Оперативное мышление в больших системах. М.-Л., изд-во «Энергия», 1965.
86
шое количество расчетов. Не претендуя на полноту, постараемся назвать наиболее главные из них.
Первая группа расчетов связана с определением эффективности средств борьбы, и прежде всего ядерного оружия как противника, так и своих войск. Вторая группа расчетов производится в интересах оценки расстояний и времени выбора оптимальных маршрутов, путей обхода, способов перемещения войск в ходе боя. Третья группа расчетов связана с прогнозированием радиационной обстановки. Четвертая группа расчетов имеет целью определение расхода материальных средств в бою.
Все приведенные группы расчетов могут быть математически описаны, формализованы, алгоритмизированы,а значит, и переданы электронно-вычислительным машинам. Причем ответы на перечисленные вопросы с помощью ЭВМ могут быть получены с наибольшей полнотой и быстротой. Это дает возможность командиру, а равно и оператору выбирать из нескольких вероятных способов действий наиболее эффективный, именно тот, который обещает быстрое достижение цели боя при наибольшем нанесении поражения противнику, с одной стороны, и наименьшей потере времени и материальных средств — с другой.
Электронно-вычислительные машины, давая количественную характеристику того или иного возможного способа действий в сложившейся обстановке, могут резко сократить трудоемкие расчетные операции, придать большую обоснованность принимаемым решениям и тем самым внести во все действия воинов большую уверенность. В этом и состоит огромное прогрессивное значение электронно-вычислительных машин для управления войсками. Что касается возможных способов действия, нахождения тактических и оперативных замыслов, то они остаются в сфере творческого мышления человека, продуктом его анализирующей и обобщающей мысли. Решения ЭВМ, при всей их точности и большой практической ценности, остаются алгоритмическими и осуществляются лишь на уровне формально логического мышления. Подлинно человеческая эвристика мышления не только для современных, но и перспективных машин остается задачей весьма трудно осуществимой.
Третье направление согласования мыслительных возможностей воина-человека и технических средств управления относится к области доведения принятого решения до исполнителей. На первый взгляд может показаться, что эта задача выходит за пределы рассматриваемой проблемы оперативного мышления. В действительности это не так. Принятое решение только тогда становится реальной программой действия войск, когда оно правильно и своевременно доведено до них. Весьма серьезной и практически важной проблемой здесь ос-
87
тается вопрос о том, в какой форме принятое решение должно быть доведено до исполнителей: в виде схемы или текста, какому способу постановки боевых задач должно быть отдано предпочтение — образному или словесному? и т. д.
Проведенные психологические исследования свидетельствуют о том, что оперативная информация продуктивнее всего воспринимается и осмысливается в том случае, когда она сообщается в виде определенного сочетания образа и слова. Значит, решение до исполнителей удобнее всего доводить в образно-словесной форме. К сожалению, эта практически важная проблема еще не решена в военно-инженерной психологии и нуждается в исследовании.
Формализация мышления
Среди современных научных поисков видное место занимают попытки найти способы логической и математической формализации мышления. Именно от этого в решающей степени зависит создание информационно-логических машин (ИЛМ), способных решить некоторые тактические и оперативные задачи.
Большинство специалистов в области формализации психических процессов склоняются в настоящее время к мнению, что математический аппарат теории информации, не без успеха применяющийся для математического описания некоторых процессов восприятия и памяти, при формализации мышления может быть использован лишь весьма ограниченно.
Этот аппарат, в частности, применяется для выработки количественных критериев определения степени сложности решения задачи. Если задача А допускает 8 различных решений, а задача Б—4 решения, то, пользуясь формулой // = log2m, можно определить коэффициент сложности задач. В первом случае он будет равен log2 8 = 3, а во втором log24 = = 2. Значит, первая задача в 1,5 раза сложнее, чем вторая, а не в 2, как это может показаться на первый взгляд.
От чего же зависит количество возможных вариантов при решении той или иной задачи? Советский математик А. А. Ляпунов, исследуя алгоритм работы дежурного по станции, установил, что количество вариантов решения задач может быть определено по формуле 2", где п — количество логических условий. Если далее исходить из того, что каждый фактор обстановки можно рассматривать как логическое условие, то при наличии 7 факторов оценки обстановки при решении тактической задачи число возможных вариантов решения составит 27= 128.
Эти расчеты свидетельствуют о том, что решение оперативно-тактических задач на ИЛМ путем перебора всех возможных вариантов является весьма трудным, длительным и 88
неэкономичным. По-видимому, для решения такого рода задач нужны иные способы нахождения оптимального варианта.
Важнейшей стороной мышления является его направленность, поступательное движение мысли от данного к искомому. Вне направленности мысли не может быть мышления. Возможности формализации направленности мышления с этой точки зрения представляют большой интерес.
Процесс принятия решения, если его выразить средствами логики, может быть представлен следующим образом1 *:
1) Цель боевых действий — боевая задача соотносится с условиями обстановки
Их
Ох'
2) К этому отношению применяется доктрина — совокуп-Цх гт
ность определенных теоретических взглядов -^-Дх.
3) Результатом этого оперирования является решение Рх, отнесенное к данной обстановке
—Д — (1)
Ox^xJ ох- ' 7
Буквенная символика, применяемая в логике, позволяет более наглядно и четко выразить те отношения между целью-ведения боевых действий (Цх), обстановкой (ОЦ и способами ведения боевых действий (ДЛ.), которыми определяется направленность мышления при решении любой оперативно-тактической задачи.
Оперативное решение, принимаемое в условиях двусторонне планируемой борьбы, не может быть свободной акцией. Принимая решение, воин, командир обязаны учитывать цель (Цу), преследуемую противником, обстановку (Оу), в которой-он действует, взгляды (Ду), которыми он руководствуется. С учетом этого логика процесса принятия решения в буквенной символике приобретает следующий вид:
А, 3 • (2)
^ху ^ху
Логическая формализация направленности мышления позволяет не только дифференцировать этот процесс, но и более-объективно показать глубину планирования при принятии решения. Второе решение (2) в сравнении с элементарным первым (1) является решением более высокого ранга, так как оно-полнее учитывает природу боя, двусторонне планируемый характер вооруженной борьбы.
1 См. В. А. Лефевр. Элементы логики рефлексивных игр. Сб. «Про-
блемы инженерной психологии». Вып. 4, Л., 1966.
89
Каждое оперативно-тактическое решение преследует достижение определенных количественных результатов. Эффективность, результативность решения — важнейший критерий •его правильности, оптимальности. Применение мощных дорогостоящих средств борьбы усиливает значение количественной оценки решения. Всевозрастающая потребность в количественном учете, однако, ныне может достаточно полно удовлетворяться за счет колоссальных возможностей, которыми располагают электронно-вычислительные машины.
Многие важные расчетные данные с вполне достаточной для практических целей точностью позволяют получить применение теории вероятности. Математический аппарат теории вероятности является достаточно гибким для решения широкого класса задач: оценки эффективности средств борьбы, расчета наряда боевых средств, необходимых для решения боевой задачи, целераспределения.
Оперативно-тактическое решение, как отмечалось выше, в •большинстве случаев принимается в условиях недостатка исходных данных, дефицита информации. Вследствие этого нередко процесс решения принимает характер перебора вариантов, поиска оптимального способа действия из серии вероятных. Количественные оценки возможных вариантов, наивыгоднейший способ действия можно найти путем применения математического аппарата теории игр. Составление матрицы эффективности, определение цены игры позволяют с большой уверенностью найти наиболее оптимальное решение. Весьма важным положительным моментом использования теории игр в процессе принятия решения представляет собой то обстоятельство, что цена игры находится как результат умелых действий наших войск против умело действующего противника. Этим в значительной мере предупреждается опасная тенденция недооценки последнего.
В содержании решения значительное место занимает вопрос нахождения оптимального, наиболее эффективного и в то же время экономного распределения сил и средств с учетом •своих реальных возможностей и противодействия противника. Существенную помощь здесь может оказать использование линейного программирования. Типичная, часто встречающаяся в боевой практике задача распределения различных типов боеприпасов по различным целям методом линейного программирования решается с недоступной для простого здравого смысла точностью. Весьма успешно линейное программирование используется при решении многих задач материального и технического обеспечения.
Важнейший вопрос решения — создание наиболее выгодной группировки сил и средств — очень часто приходится рассматривать с точки зрения надежности. С особой остротой эта проблема встает при создании систем противовоздушной, про-'30
тивотанковой, противолодочной обороны. Организуя активное противодействие противнику, никогда нельзя точно знать, с какой плотностью он может воздействовать на наши войска. Поэтому простой арифметический подсчет соотношения в силах и средствах может повлечь за собой крупные просчеты и ошибки.
Допустим, нам известно, что противник готовит налет на прикрываемый объект с плотностью 4 самолета в минуту, а каждый зенитный комплекс затрачивает на обстрел 1 минуту. На первый взгляд может казаться, будто четырех комплексов достаточно для того, чтобы не пропустить ни одной цели. Однако подсчеты с применением теории массового обслуживания, в основе которой лежит вероятностный подход к оценке возможной плотности воздействия противника, приводят к совершенно иным выводам и расчетам '.
Бой неизбежно связан с потерями и в этом смысле с убыванием сил и средств. Поддержание определенного соотношения в силах и средствах — одна из важных задач руководства войсками. Некоторые количественные данные для решения этой весьма сложной задачи может дать математическое моделирование. Оно позволяет прогнозировать ход боя и тем самым помогает более обстоятельно решать вопрос о создании наиболее выгодного соотношения в силах и средствах, о мерах по наращиванию усилий.
Как процесс мышление представляет собой систему преобразований исходной ситуации в ситуацию выгодную (желаемую), обеспечивающую достижение цели. Говоря иными словами, это преобразование дискретной совокупности исходных данных через построение перцептивных моделей к нахождению модели концептуальной. Процессуальная, операциональная сторона мышления имеет поэтому огромное значение. При решении некоторых оперативных задач она может выражаться средствами теории графов и алгоритмов 1 2.
Краткий анализ возможностей формализации оперативного мышления свидетельствует о том, что существующие математические аппараты могут описывать лишь отдельные его стороны: направленность, эффективность, распределение усилий, надежность создаваемых систем и т. д. Но оперативное мышление не сводится к простой совокупности указанных сторон, так же как решение — к сумме рассмотренных вопросов. Такие важнейшие элементы замысла действий решения командира, как определение направления сосре-
1 См. И. Ану реев, А. Татарченко. Применение математических методов в военном деле. М., Воениздат, 1967, стр. 198—202.
2 См. В. К’. Пушкин. Психология мышления и принципы эвристического программирования. «Вопросы психологии», 1967, № 6; Л. Н. Ланда. Алгоритмизация обучения. М., «Просвещение», 1966.
91
доточения основных усилий, построение войск, характер маневра, почти не поддаются формализации, а если они частично математически и описываются, то слишком громоздко, а самое главное — малоэффективно.
К этому следует добавить, что формализованное описание даже отдельных сторон мышления осуществляется пока с большими ограничениями. Так, например, целераспределение с помощью теории вероятностей может рассчитываться лишь по одному признаку: вероятности, математическому ожиданию, важности цели. Разумеется, подобная односторонность не всегда обеспечивает оптимальное решение.
Количественные показатели, выгодные с одной точки зрения, могут оказаться невыгодными с другой. Соответствующие расчеты методом линейного программирования, например, показывают, что максимум математического ожидания числа пораженных объектов достигается в том случае, если баллистическими ракетами поражать ракетные установки противника, а склады боеприпасов — авиацией. Но если рассмотреть такое целераспределение с точки зрения надежности поражения, то оно уже не окажется лучшим, так как самолеты эффективнее поражают подвижные объекты, чем ракеты, а ракеты, в свою очередь, — стационарные и малоподвижные.
Человек остается единственным носителем целостного, эвристического, творческого мышления, и поэтому тенденция на его исключение из процесса принятия решений по якобы низким критериям быстродействия и точности расчетов является неправомерной. По гибкости принимаемых решений, всесторонности охвата, нахождению новых способов действий человек пока не имеет себе равных заменителей.
Следовательно, задача состоит в гом, чтобы полнее согласовать большие эвристические возможности человека с колоссальной расчетной статистической мощностью вычислительных машин.
5. МОТОРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
человека-оператора
Основные виды моторной деятельности человека и классификация моторных реакций
По своему проявлению моторная деятельность представляет комплекс операций, действий и движений, осуществляемых человеком в процессе решения той или иной задачи.
В данном случае нас интересуют в большей степени операции, связанные с деятельностью человека-оператора по уп-92
равлению достаточно сложными техническими системами, агрегатами и объектами. К ним относятся системы связи, радиолокационные системы, специальные системы управления большими комплексами различных технических средств, как-то: ракетные установки, самолеты и т. д. Именно здесь в наибольшей степени сказывается влияние эффективности строго координированной моторной деятельности человека, выступающего основным управляющим и обслуживающим звеном.
Радист или телеграфист в системе связи, приняв радио-или телефонограмму, должен расшифровать ее, привести к виду, удобному для передачи адресату. В процессе работы оператор на радиолокационной станции должен непрерывно следить за экраном, включать или выключать отдельные блоки и системы, регулировать различные параметры, нажимать кнопки и рычаги. Летчик в самолете следит за обстановкой в воздухе, поддерживает связь с землей, контролирует работу аппаратуры, управляет движением самолета или работой отдельных систем. Ему приходится включать или выключать тумблеры, нажимать на рычаги и кнопки, вращать маховики, закрывать и открывать краны, перемещать ручки и штурвалы управления. Танкисты, военные водители также выполняют большой объем моторных операций по управлению машиной.
Можно выделить два основных типа моторных действий: единичные действия (операции) и сложные, состоящие из цепи более или менее расчлененных единичных операций и действий в процессе непрерывного слежения. Задачи, выполняемые оператором в процессе слежения, относятся к классу непрерывных перцептивно-моторных задач.
К первому типу относятся, например, простые сенсомоторные реакции. Примерами дискретных действий второго типа могут служить такие, как передача информации телеграфным ключом, печатание на машинке. К непрерывным действиям второго типа относятся операции по слежению за целью на экране радиолокационной установки и по управлению боевыми машинами. Одной из разновидностей этого рода действий являются дозировочные движения, осуществляемые в строго ограниченных пространственных и временных пределах и с заранее заданной силой.
При анализе моторной деятельности оператора наибольший интерес представляет количественная оценка ее качества с целью определения влияющих на нее факторов.
Количественно моторная деятельность характеризуется размерами моторного поля, формами траекторий движения, скоростью его осуществления, силовыми параметрами и качеством регуляции усилий в процессах движения, точностью Движений, а также энергетическими затратами.
93
Все эти характеристики могут дать достаточную информацию конструктору и военному инженеру-эксплуатационнику для расчета и учета всех элементов технической системы и процессов ее функционирования, связанных непосредственно с человеком. Рассмотрим подробнее каждую из этих характеристик.
Размеры моторного поля и формы траекторий движения
Моторная деятельность человека-оператора характеризуется прежде всего тонкостью ело моторных координаций. Он способен воспринимать не только то, что поступает к нему от других элементов системы, но и всю окружающую обстановку, способен менять способы действий, легко преобраз01вЫ|Вать информацию из одной формы в другую. Человек обладает огромной пластичностью и возможностями компенсации.
Определяя размеры моторного поля, обычно выделяют его максимальную .и оптимальную зоны. Воображаемая поверхность, точек которой человек может достигнуть кончиками пальцев рук (и ног) при фиксированном положении тела, является границей максимальной зоны. Границей оптимальной зоны считается воображаемая поверхность, достигаемая при наименьших затратах времени и энергии на совершение движений и их наибольшей точности. Все или большинство органов управления и обслуживания необходимо располагать в оптимальной зоне. Следует отметить, что в зависимости от требуемых усилий и точности движений в оптимальной зоне существуют некоторые рациональные уровни. Так, например, рычаги, требующие для своего перемещения больших усилий, следует размещать на нижних уровнях оптимальной зоны, а органы управления, требующие высокой точности перемещения, целесообразнее располагать на средних уровнях зоны.
Траектории движений, в пределах максимальной досягаемости, могут быть самыми разнообразными, так как кисть руки, например, относительно плечевого пояса имеет 7 степеней свободы, кончик пальца руки по отношению к грудной клетке— 16, а по отношению к опоре (стопам) —около 30 степеней свободы.
Это обеспечивает «безграничную свободу движений» дистальных частей руки. Они могут перемещаться по любым траекториям (как бы не имея никакой связи с туловищем). Наличие большого числа степеней свободы является предпосылкой универсальности исполнительных функций руки и отличает ее от всех существующих исполнительных органов машин, которые обычно обладают одной степенью свободы (реже двумя). Однако, несмотря на универсальность исполнительных функций руки и практическую неограничен-94
ность в выборе траекторий, некоторые из них более предпочтительны. Как показывают исследования, плавные эллиптические и круговые движения, в наибольшей степени отвечающие характеру радиальных перемещений конечностей тела в пространстве, являются более выгодными по сравнению-с прямолинейными траекториями; замена прямолинейных движений круговыми заметно увеличивает производительность, труда.
Время моторной реакции и скорость осуществления операций управления
Одной из основных количественных характеристик при оценке моторной деятельности человека является время реакции. В общем случае время реакции состоит из двух основных компонентов: сенсорного и моторного. Чаще всего реакция изучается как сенсомоторная с регистрацией моментов появления раздражителя и окончания выполнения необходимого движения.
Простая сенсомоторная реакция представляет собой ответное элементарное движение человека (перемещение рычага, нажатие кнопки и т. д.) на заранее известный, но внезапно появляющийся сигнал с возможной максимальной скоростью. В реальных процессах работы оператора реакции, как правило, оказываются значительно сложнее, и моторный компонент целиком зависит от конкретного вида ответных движений и обстановки, в которой работает оператор.
Латентный период сенсомоторной реакции также зависит от конкретной обстановки. Наибольшее влияние на латентный период оказывают тип раздражителя, его интенсивность н периодичность предъявления, необходимость выбора раздражителя из группы, воздействие помех, состояние оператора и другие факторы.
В табл. 1 приведены значения латентного периода простой сенсомоторной реакции для типовых раздражителей, полученные экспериментальным путем различными авторами. В дальнейшем латентный период мы будем называть просто временем реакции.
Влияние на время реакции типа раздражителя объясняется тремя основными причинами.
а) Различие условий воздействия раздражителя на рецепторы. В одном случае (воздействие температуры, вкуса, запаха) проникновение раздражения к рецепторам затруднено, в ДР) гон ситуации, при световых и звуковых раздражениях, оно осуществляется легко и не требует для этого особого времени. Фотохимический процесс преобразования энергии светового
95
Таблица 1
Латентный период простой сенсомоторной реакции
Анализатор Раздражитель Латентный период (средняя величина, сек.)
Тактильный Прикосновение 0,09 4 0,22
Кинестетический Движение руки 0,124-0,16
Слуховой Звук 0,124-0,18
Зрительный Свет 0,154-0,22
Обонятельный Запах 0,314-0,39
Температурный Тепло и холод 0,284-1,6
Вкусовой Соленое 0,31
Сладкое 0,45
Кислое 0,54
Горькое 1,08
Вестибулярный Вращение 0,44-0,6
Болевой Укол 0,134-0,89
раздражителя в нервный импульс несколько увеличивает время реакции на световой раздражитель по сравнению со звуковым.
б) Неодинаково количество физической энергии, получаемое центральной нервной системой от различных рецепторов, что определяет различный объем работы рефлекторного механизма.
в) Особенности процессов адаптации в каждом из анализаторов к различиям в интенсивности и длительности воздействующих на них раздражителей.
Интенсивность раздражителя при ее увеличении сокращает время реакции, но только до определенного предела. Предел этот является минимально возможным временем реакции при данных условиях и определяется физиологическими факторами. Зависимость времени реакции от интенсивности раздражителя в относительных величинах можно аппроксимировать следующим образом:
(П
где 'Ро — минимальное время реакции при достаточно большой интенсивности;
///о — отношение данной интенсивности к интенсивности, соответствующей пороговым условиям;
as — постоянная, зависящая от типа раздражителя, условий и состояния оператора.
Временной интервал чередования между раздражителями оказывает влияние в том случае, если он становится меньше некоторого определенного значения. Вначале, когда интервал еще мал, время реакции на второй раздражитель уменьшает-96
ся, а затем, по мере увеличения интервала, увеличивается до нормы и в дальнейшем остается выше нормы вплоть до величины интервала, равной 0,65—0,7 сек. Типичный ход кривой для световых раздражителей иллюстрируется графиком на рис. 13'.
Рис, 13. Зависимость времени реакции от величины интервалов между сигналами
Необходимость выбора связана с изменением информативной стороны сигнала. В первом приближении это обстоятельство может быть учтено путем использования количественного выражения информации в двоичных единицах. Зависимость времени реакции от количества информации, которое приходится на один стимул, может быть представлена формулой:
tp=a^bH, (2)
где а и b — постоянные;
//=-Sp;logA;
i=i
Pt — вероятность появления г-го сигнала; п — число альтернативных сигналов.
К сожалению, экспериментально обнаружена очень большая вариативность постоянных а и Ь в зависимости от значимости информации, характера задачи, наличия помех и т. д. Величины этих постоянных, полученных различными авторами, представлены в табл. 2.
Время реакции зависит от формы, размеров раздражителя н от места его воздействия. Так, время реакции на темпе-
’ См. Е. И. Бойко. Время реакция человека. М., «Медицина», 1964.
7 Военная инженерная психология 97
Таблица 2
Значения постоянных для реакции выбора
Источник или автор о(р./сек) в(р./сек)
Хаймен (1953) 179 79
Розенблит и Видаль (1962) 170 ПО
Кринчик (1965) 180* 209*
Кринчик и Рысакова (1965) 300** 16-S-18**
Кринчик и Рысакова (1965) (с учетом значимости) 150 : 250 22 н-160
’'Варьирование числа равновероятных сигналов.
**Варьиронание вероятности появления каждого из сигналов.
ратурный раздражитель при увеличении площади применения укорачивается в соответствии с закономерностью, установленной для интенсивности раздражителя. Влияние места воздействия раздражителя хорошо иллюстрируется изменением времени реакции на световой раздражитель, в зависимости от того, какая точка сетчатки глаза в данный момент реагирует.
Р ис. 14. Зависимость времени реакции от места раздражения на сетчатке глаза
Определенное влияние на время реакции оказывает адаптация рецепторов. Адаптация к минимальной интенсивности фона, как правило, сокращает время реакции. Существенное влияние на время реакции оказывает состояние оператора и его возраст. Возраст увеличивает время реакции за счет увеличения длительности психофизиологического процесса в высших отделах центральной нервной системы.
Большое количество исследований проведено по выявлению влияния на время реакции различных фармакологических и отравляющих веществ. Установлено, что морфин, амил-нитрит и хлороформ в небольших дозах вначале увеличивают время реакции на 604-100 реек., а затем несколько уменьшают его (ниже нормы на 254-30 цсек.). Алкоголь, наоборот, 98
вначале уменьшает время реакции на 10 + 15 цсек., а затем увеличивает его на 604-80 реек.
Суточные колебания времени реакции из-за изменений состояний оператора составляют в среднем 13+27 реек. Кислородное голодание незначительно изменяет реакции, но резко увеличивает их вариабильность (на ~40%). Недостаток пищи, утомление, недосыпание также в большей степени оказывает влияние на вариабильность времени реакции, нежели на однозначное изменение ее величины в какую-либо сторону.
Имеются данные о влиянии перегрузок на время реакции Установлено, что при воздействии перегрузки на организм человека-оператора время реакции увеличивается прямо пропорционально величине перегрузки. Предложена аналитическая форма указанной зависимости с учетом относительного расположения светового индикатора на табло, которая может быть описана формулой:
от[тр] =0,21(1 +₽)+(0,01 +0,5?)га[ее/с], (3)
где т [ тр ] — математическое ожидание времени реакции;
Р — коэффициент относительного расположения световых индикаторов на табло (отношение расстояния от центра поля зрения до индикатора к расстоянию панели от глаза);
п — величина перегрузки в единицах g.
Выявлена также зависимость между временем реакции оператора и величиной угла между осью голова—ноги оператора и горизонталью при постоянной величине перегрузки. Зависимость эта аппроксимируется уточненной формулой: /п[тр] =0,21 +(0,014-0,183а), (4)
где а — угол наклона кресла оператора относительно горизонтали в радианах при р = 0.
Время реакции существенно зависит от степени тренировки оператора. Простая сенсомоторная реакция воспроизводится достаточно стабильно после 7—8 дней тренировок по 50— 60 реакций в день. Более сложная, дизъюнктивная реакция не требует большего числа тренировок, однако первоначальные отклонения от «нормы» в этом случае значительно выше.
Суммируя все данные о влиянии различных факторов на время реакции, можно сделать вывод о том, что время реакции есть случайная величина с законом распределения, близким к нормальному (см. графики на рис. 15 и 16).
Когда нет возможности точно определить условия работы оператора, математическое ожидание времени простой реакции при условии максимально быстрого реагирования можно принять равным 0,17 сек. со средним квадратическим
1 См. А. Р. Котовская, В. К. Философов, Н. А. Чех она д-с к и й, В. А. Ч и ч к и н. К вопросу о влиянии перегрузки на реакцию оператора. Сб. «Проблемы инженерной психологии». Вып. 2.
99
отклонением 0,016 сек., а в нормальном темпе — 0,21 сек. со средним квадратическим отклонением — 0,026 сек.
Если условия работы оператора хорошо известны, эти данные могут быть скорректированы в ту или иную сторону, в зависимости от конкретной постановки вопроса.
Рис. 15. Распределение времени реакции
В случае оценки времени реакции выбора целесообразно воспользоваться формулой (2), принимая в качестве приближенного значения коэффициента (а) время простой реакции, а коэффициента b = 0,03 сек/дв. ед. (исследования В. И. Николаева) !.
Двигательный компонент сенсомоторной реакции целесообразно оценивать по характеристикам скорости движения руки или ноги в моторном поле. Сводка этих характеристик представлена в табл. 3. Таблица составлена по сводным данным1 2. Не имея возможности подробно останавливаться на по
1 См. В. И. Николаев. Определение времени, затрачиваемого оператором на решение задач по управлению судовой энергетической установкой. «Известия АН СССР». «Энергетика и транспорт», 1965, № 4.
2 См. О. А. Сидоров. Физиологические факторы человека, определяющие компоновку поста управления машиной. Оборонгиз, 1962; В. А. Егоров. Изучение двигательной деятельности летчиков в лабораторных условиях с применением элементов теории информации. Сб. «Проблемы инженерной психологии». Вып. 2, 1965; Б. Ф. Ломов. Человек и техника. М., изд-во «Советское радио», 11966.
100
лученных данных, ограничимся лишь перечислением некоторых из них. Более полную информацию можно найти в работах, названных в сноске.
Рис. 16. Распределение времени реакции
Величины, указанные в таблице, характеризуют возможности различных частей моторного аппарата при условии их изолированного движения (при неподвижности всех остальных).
Экспериментально полученные данные показывают, что моторный компонент в случае простого нажатия, например, кнопки без движения кисти длится 0,12 сек., при повороте туловища — до 1,62 сек. В среднем при работе в оптимальной зоне моторного поля элементарное движение руки занимает 0,4 -ь 0,6 сек. Таким образом, время простой сенсомоторной реакции в целом при ответных движениях руки в оптимальной зоне моторного поля составляет, в нормальном темпе, 0,6-г- 0,8 сек., со среднеквадратическим отклонением — 0,080 сек. Относительная эффективность оператора возрастает по мере увеличения времени задержки в фиксированных
101
о ьэ
Таблица 3
Характеристика скорости моторных реакций
Движение туловища V Движения рукн и кисти V Движения ног V
Поворот туловища 0,72 — 1 ,62 движ./сек. Движение руки по направлению к предмету 35 см/сек Простое движение ступни или ноги 0,36 движ./сек
Наклон туловища или опускание на одно колено 1,26 движ./сек. Сгибание и разгибание руки 1,0-1,2 движ./сек Ходьба (1 шаг) 0,61 движ./сек
Подъем с колена 1,2 движ./сек. Перемещение рычагов управления 8,8—17 см/сек Движение ступни с усилием 0,72 движ./сек
Вращение рукояток и штурвалов 1,5—4,5 об/сек
Максимальная скорость ударов пальцами 3 —5 уд/сек
Хватательные движения кисти 0,0724-0,36 сек
элементах, поскольку с увеличением времени оптимальная линейная система с эквивалентной среднеквадратичной ошибкой становится менее ограниченной.
Латентный период простой сенсомоторной реакции у мужчин на 14% короче, чем у женщин.
Силовые характеристики моторного поля и регуляция усилий. Точность движений
Движение конечностей и туловища в процессе моторной деятельности протекает в определенном «силовом поле». Действующие силы могут быть внешними и внутренними. Внутренние, мышечные, силы делятся на активные и пассивные. К пассивным относятся силы инерции и упругости тканей, к активным -— силы напряжения мышц.
Мышцы работают в двух основных режимах: изотоническом и изометрическом. Изотонический режим характерен сокращением мышцы при неизменном ее напряжении, а изометрический — отсутствием сокращения при изменении напряжения. Изометрический режим находит свое выражение в непрерывном колебании или дрожании конечностей (тремор). Несмотря на то что такая реакция, будучи приспособительной, является полезной, она нарушает точность движений. Чтобы не допустить этого, надо подключить зрение или сделать опору для тела и конечностей. Выносливость к статическому усилию определяется работой мышц в изометрическом режиме. У женщин тремор проявляется в меньшей степени, чем у мужчин. Частотно-амплитудные характеристики тремора пока еще не изучены, за исключением движения глаз.
Выносливость мышц разных групп различна. Так, у разгибательных мышц ноги выносливость выше, чем у сгибательных, в 2^-3 раза. У мышц руки, наоборот, сгибательные выносливее разгибательных в 1,5 раза. Общая выносливость мышц руки меньше, чем ноги, в 1,5-к 2 раза. При работе мышц в изотоническом режиме сила зависит от величины угла в суставе. Так, например, наибольшая сила сгибательных мышц ноги в столе соответствует углу 78°, а в колене — 60°, для рук при вытягивании вверх и толкании вниз — в локтевом суставе при угле 125°, при вытягивании вперед от себя и приведении к себе — 150°, при сгибании руки — 90°. Самые сильные мышцы рук — сгибатели пальцев, ног — икроножные.
В таблицах 4 и 5 представлены некоторые данные о силе правой руки, а также ноги. Сила левой руки обычно на ° - Ю% меньше, чем правой.
Регуляция усилий осуществляется как на основе зрительного контроля, так и на основе кинестетических ощущений. При этом время прохождения сигнала по внутреннему контуру (через кинестетический анализатор) в несколько раз мень-
103
Таблица 4
Некоторые силовые характеристики правой руки в зависимости от угла между плечом и вертикалью тела (в кг)
* ^__У’гол между плечом и вертикалью тела, градус Характер движения -— 180 150 120 90 60
Вытягивание (на себя) 54,4 55,3 47,1 39,9 28,6
Толкание (от себя) 62,6 55,7 46,7 38,9 41,7
Вытягивание (вверх) 19,5 25,4 27,2 25,4 22,2
Толкание (вниз) 18,6 21,3 26,3 24 23,1
Приведение (к себе) 22,6 24,4 24 22,6 23,5
Отведение (от себя) 15,4 15 15,4 16,8 19
Таблица 5
Некоторые силовые характеристики рук и йог
Части конечностей Разгибание (кг) Сгибание (кг)
Пальцы в изломе 1 6-9
Сжатие пальцев в кулак — 50-60
Сгибание кисти — 25-30
Разгибание кисти 16-5-24 —
Локтевой сустав руки 15ч- 28 30-35
Плечевой сустав руки 22 : 42 45-52
Стопа ЮОч-140 38
Голень 504-60 25-33
Бедро 100-5-125 304-40
ше, чем по внешнему (через зрительный анализатор). Это важное свойство может быть использовано в системах с ручным управлением для повышения качества процессов регулирования путем подачи сигналов обратной связи не на зрительный анализатор, а непосредственно на кинестетический.
Точность движений определяется в основном дифференциальными порогами проприорецепторов в процессе возникновения кинестетических ощущений. Благодаря организации регуляционных взаимодействий на основе сигналов обратной связи (прежде всего проприоцептивных) преодолеваются избыточные степени свободы движения органа, кинематические цепи становятся полносвязанными, и тем самым движения превращаются в координированные.
Наибольшая чувствительность к направлению и размаху движения возникает в зоне с углом 50 ;-60° от средней точки тела на расстоянии 15 35 см от этой точки. Точность «попадания» рукой в нужное место на пульте управления составляет ± 15 20 см в средней зоне ниже груди и ± 30 г 40 см & крайних зонах.
104
Наиболее точно оценивается амплитуда движений в пределах 8 12 см. Самые короткие амплитуды переоцениваются, длинные — недооцениваются. Движения сверху вниз всегда переоцениваются. При коротких движениях точность выше, когда движение осуществляется к себе, ниже — от себя. При движении в вертикальной плоскости ошибки меньше, чем в горизонтальной. Наилучшие направления движения — влево вверх и вправо вниз под 45° <к горизонтали. Для обеих рук точность примерно одинакова. Одновременные движения рук или ног ухудшают точность и затрудняют координацию. Лучше координируются симметричные движения. Длительность, движения может оцениваться с точностью 0,1 -*-0,2 сек.
Особый интерес представляет точность движений при осуществлении операций слежения. Операция, при которой оператор воспринимает весь ход изменений входного и выходного сигналов и сводит к нулю разностную ошибку, называется слежением с преследованием. Если оператор воспринимает только разность между входным и выходным сигналами и стремится свести ее к нулю — компенсирующее слежение.
Основными характеристиками процесса слежения являются время инерции, время нахождения метки на цели, величина средней ошибки слежения, плавность слежения. Лучшими оказываются характеристики процесса слежения с преследованием.
Основными переменными параметрами являются скорость движения цели, первоначальное рассогласование и время прослеживания1.
Проведенные опыты показывают, что время инерции колеблется в пределах 0,65 ; 0,25 сек., причем наибольшим оно является для малых скоростей движения цели (менее 8 мм/сек.). Время нахождения метки на цели составляет 5+ 7% всего времени слежения. По мере тренировок это время может быть доведено до 20 и даже до 70%. Средняя ошибка слежения колеблется в пределах 0,15-^0,20 сек. при скорости движения цели в поле зрения 2 мм/сек. и 0,05^-0,15 сек. при 10 мм/сек. для расстояния до цели от глаза наблюдателя 50л- 60 см и длительности слежения 10 сек. Наибольшею долю при этом составляют движения опережения ( 40л-50%).
Характер изменения относительного времени, в течение которого имеют место движения опережения и запаздывания, паузы и совпадения, показан на графике рис. 17.
Колебательный процесс слежения характеризуется частотой 1,5 л- 5 гц.
1 См. В. М. В од л о зер о в. Экспериментальное исследование прослеживающих движений. Сб. «Проблемы общей и инженерной психологии». Изд-во ЛГУ, 1964 и др.
105
Двигательные навыки
Всякий двигательный акт сопровождается формированием афферентного синтеза сигналов информации в нервной системе на основе сличения заданных и действительных значений параметров движения.
В процессе упражнений, когда движение в основном совершается по заданным параметрам, между внутренним и внешним афферентными системами устанавливается условная рефлекторная связь, так что каждому сигналу, поступающему извне, соответствует определенная группа афферентных сигналов, идущих от проприорецепторов. При дальнейшей стабилизации двигательного навыка вырабатывается динамический стереотип связей между внешними и внутренними афферентными системами.
Формирование динамического стереотипа существенно изменяет содержание психического образа, который с самого начала контролировал процесс регуляции движения. Большая часть сигналов по мере упражнения становится излишней, так как весь процесс, связанный с осуществлением данного движения, теперь «запускается» лишь несколькими афферентными сигналами. Сам же процесс движения «уходит» как бы за пределы сознания. Функция психического образа состоит теперь только в том, чтобы контролировать, прослеживать ход 106
движения на основе лишь некоторых внутренних или внешних его признаков.
Одним из важнейших результатов образования динамического стереотипа межафферентных связей является возможность экстраполяции команд, управляющих работой эффекторов. Эта экстраполяция является необходимым условием всякого двигательного навыка и, значительно увеличивая скорость ответных реакций, дает возможность точно синхронизировать управляемое движение в соответствии с заданными параметрами.
Рассмотрим, например, процесс обучения управлению автомобилем. Большинство новичков начинает с ориентирования какой-нибудь фиксированной точки на автомобиле относительно ведущей линии дороги. Сосредоточивая внимание на множестве деталей процесса управления, новичок стремится вести машину так, чтобы расстояние между контуром капота и краем дороги оставалось постоянным.
По существу, здесь имеет место компенсаторное слежение, поскольку оператор воспринимает только ошибку. В процессе тренировки водитель приобретает умение и уверенность, в результате чего расширяется объем восприятия внешних стимулов и он уже имеет возможность знакомиться с отдельными характеристиками контура капота и изгибов дороги и обращаться к входным сигналам независимо от управляющих действий. Организация сигналов в видимом поле в этом случае относится к типу преследования и включает повторяющиеся и предвиденные характеристики дороги. Наконец, при полном знакомстве с органами управления водитель может просматривать все видимое поле и управлять автомобилем с помощью быстрых, дискретных движений, используя лишь отдельные сигналы видимого поля. Динамический стереотип выработан.
Время тренировки, необходимое для того, чтобы человек мог предвидеть и выбирать сигналы и в течение коротких интервалов работать в открытом контуре управления, зависит от типа задачи. Типовой ход кривой выработки навыка представлен на графике рис. 181.
К сожалению, обобщенные данные, позволяющие прогнозировать потребное число упражнений в каждом конкретном случае, до сих пор не получены.
Есть попытки дать математическую интерпретацию процесса научения (К. Ховланд, 1963 г.) и предложен ряд формул типа:
а(х+с) у (х}-с) + Ь'
1 См. КарлХовланд. Научение и сохранение заученного у человека Сб. «Экспериментальная психология»^ т. II. М., изд-во Иностранной литературы, 1963.
107
где у — степень выработки навыка, выраженная числом правильных воспроизведений в единицу времени;
х — общее число воспроизведений;
с — коэффициент, характеризующий предшествующую подготовку;
а — физиологический предел;
b — коэффициент, учитывающий скорость приобретения навыка.
Однако все эти формулы получены на основе эмпирического материала и их применение может носить ограниченный характер.
Рис. ,18. Кривые возникновения навыка
Основные требования к органам управления
Характеристики моторной деятельности оператора обусловливают определенные требования к органам управления и их размещению.
В качестве типовых органов управления обычно используются штурвалы, рычаги, кнопки и клавиши, тумблеры, переключатели, командоконтролеры.
Общими требованиями к органам управления являются следующие:
1. Размещение их в оптимальной моторной зоне.
2. Согласование направления движения штурвала, рычага или переключателя с изменением регулируемого параметра на объекте или с привычными представлениями оператора, например;
108
а) движение рукояток «от себя», «вверх», «вправо» вызывает «включение», «пуск», «увеличение параметра» и т. д.;
б) на движение рукояток «к себе», «вниз», «влево» управляемая система реагирует «выключением», «остановкой», «уменьшением параметров» и т. д.;
в) нажатие верхних, передних и правых кнопок всегда вызывает «включение», «пуск», «увеличение» и т. д.;
г) включение нижних, задних и левых кнопок на панели управления вызывает «остановку», «уменьшение» и т. д.
3. Размеры и форма органов управления должны быть удобны для захвата и приложения усилий.
В зависимости от того, какой орган управления рассматривается, к нему могут быть предъявлены дополнительные требования, обеспечивающие высокую производительность работы оператора, хорошее согласование с его психофизическими характеристиками, сведение к минимуму ошибок.
Рассмотрим основные типы органов управления с точки зрения предъявления к ним дополнительных требований.
1. Кнопочные органы управления. Форма кнопок и клавиш должна соответствовать анатомическому строению пальцев руки человека. Наиболее удобной формой является не круглая, а четырехугольная с закругленными углами и неглубокой выемкой.
Ширина кнопок или клавишей должна быть 12,5 18 мм.
Расстояние между соседними кнопками не менее 5 мм. Усилие для нажатия равняется 140 : 600 г для часто используемых и 600"Н200 г для редко используемых или наиболее ответственных. Глубина нажатия кнопок не превышает 3^5 мм.
Оптимальный угол наклона клавиатуры кнопочного пульта равен 15°. Кнопки обычно располагаются правильными рядами, в каждом не более двадцати кнопок. Необходимо также логическое группирование кнопок на пульте управления.
2. Тумблеры. Установка тумблеров должна удовлетворять следующим требованиям.
Размеры тумблера у основания — 3:~12 мм, длина плеча рычага — 12 + 25 мм. Расстояние между соседними тумблерами не менее 18 мм. В двухпозиционном тумблере средняя линия рычага перемещается не менее чем на 60°, в трехпозиционном — 40° и не более 120°.
Тумблеры обычно располагаются с таким расчетом, что рисунок их движения находится в плоскости направления взора ИЛИ перпендикулярно ему. При групповой установке тумблеров рекомендуется располагать их горизонтальными, а не вертикальными рядами.
3. Рычаги, штурвалы и педали. Форму и величину рычагов, Рукояток и педалей следует максимально приспособлять к анатомическому строению руки или ноги человека-оператора.
109
При управлении рукоятки должны перемещаться с некоторым усилием, пропорциональным величине отклонения.
4. Переключатели и регуляторы. Ручкам переключателей рекомендуется придавать рифленую форму с размерами: длина 12 --75 мм, высота — 25^-50 мм, ширина — не менее 12 мм. Все позиции в переключателе снабжаются фиксаторами. При переключении или регулировке фиксаторы положения переключателя должны создавать сопротивление 1—6 кг/см, причем вначале оно возрастает, а при приближении к другому фиксатору падает.
Отметки шкалы переключателя на наиболее часто используемых режимах целесообразно располагать в удобной для обзора части шкалы, причем деления на ней не должны закрываться рукой.
При групповой установке нескольких одинаковых переключателей их надо устанавливать со значительным разносом, помещая между ними другие органы управления.
В итоге краткого анализа моторной деятельности человека-оператора можно сделать следующий основной вывод.
Человек-оператор рассматривается как достаточно надежное звено в системах управления и обслуживания, если время запаздывания в системе не менее чем 0,2—0,3 сек. и частота входного сигнала не превышает 1—2 гц. Эти величины являются определяющими при предъявлении требований к системам ручного управления наряду с допустимыми размерами моторного поля, потребными усилиями воздействия на органы управления, определенной формой и размерами органов управления.
6. ПРОБЛЕМА НАДЕЖНОСТИ В ВОЕННОИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ
Состояние проблемы
Проблема надежности с давних пор занимает видное место в военном деле. Достижение успеха в бою, операции всегда в немалой степени зависело от правильности, безошибочности, другими словами — надежности принятия решения командиром, военачальником и их деятельности в целом. В современных условиях эта зависимость в связи с перевооружением армии и флота новыми техническими средствами, с возможностями широкого применения средств массового поражения еще более возрастает.
Прогрессирующее усложнение военной техники и как следствие высокая стоимость каждого образца вооружения заставляют крайне внимательно относиться не только к выбору НО
его технических характеристик, но и способов эксплуатации и боевого применения.
Высокие и все возрастающие скорости подвижных боевых средств (ракет, самолетов, подводных лодок) сокращают время на принятие решения, передачу его исполнительным органам. В условиях современной войны эффективное управление войсками и входящими в их состав техническими средствами становится невозможным без хотя бы частичной автоматизации этих процессов.
В результате кроме военно-психологической проблемы надежности системы «руководитель—исполнитель» (системы «человек—человек») в звеньях, где происходит контакт человека с техническими средствами, возникает военно-инженерная психологическая проблема надежности комплекса «человек —• боевая техника» (системы «человек—машина», «человек — автомат»).
Военная инженерная психология, анализируя деятельность человека по управлению машинами, не ограничивается рассмотрением лишь элементарных систем «человек—машина»,, включающих только одного оператора. Ведь в управлении многими процессами военного назначения участвуют коллективы людей. Эффективность управления в этих случаях определяется тем, насколько члены коллектива согласовывают свои действия. В этой связи важнейшим является вопрос о согласовании действий нескольких операторов во времени. При разработке сложных систем управления, обслуживаемых группами операторов, возникает вопрос о формах и способах их общения, в процессе которого осуществляется взаимный обмен информацией, о принципах организации групп военных операторов, о совместимости их членов, то есть возникает проблема взаимодействия операторов в процессе групповой деятельности и их надежности.
Эти проблемы являются пограничными для инженерной., дифференциальной и социальной психологии.
Отдельные стороны этих проблем в какой-то степени уж& решены или решаются в теории надежности технических средств, инженерной психологии, теории исследования операций, социологии и ряде других смежных наук.
Наиболее полно в настоящее время решены вопросы надежности технических средств. Однако при решении этих задач теория надежности имеет в виду только нормальные условия эксплуатации при отсутствии боевых воздействий и поэтому в качестве исходного условия принимает допущение о том, что в каждый момент времени может произойти только один отказ, хотя за интервал времени их может накопиться и несколько. Очевидно, в силу специфики военной техники, которая предназначена работать в условиях боевых воздействий, такое допущение значительно сужает возможности техниче-
111
ской теории надежности. В связи с этим методы теории надежности должны быть дополнены методами, используемыми в теории живучести. Под живучестью понимается свойство технических средств военного назначения сохранять способность выполнять свои функции при боевых воздействиях, когда в один момент времени возможно возникновение большого числа повреждений.
Проблема надежности человека рассматривается во многих исследованиях, которые можно разбить на ряд направлений.
Медико-биологическое направление характеризуется тем, что в работах этого цикла излагаются такие вопросы, как устойчивость отдельных физиологических и психических качеств, показатели работоспособности человека, влияние эмоционального напряжения и режима работы человека на его рабочие показатели. Следует сказать, что методы, используемые в работах этого направления, не вскрывают специфики надежности как интегральной характеристики поведения и деятельности человека, особым образом связанной с его физиологическим и психологическим состоянием, и не вскрывают существа этой связи. Поэтому многие вопросы, интересующие проектировщиков, военных инженеров, оказываются незатронутыми. Например, не учитывается, что нередко существенная доля отказов и ошибок оператора является следствием неправильно созданного оборудования.
Инженерно-психологическое направление рассматривает проблему надежности оператора как проблему максимального согласования конструкций технических устройств с возможностями и способностями человека.
Этой проблеме подчинено изучение как времени, так и точности его действий, поскольку надежность определяется возможностью той или иной системы работать в течение определенного времени с заданной точностью. Вместе с тем оценка надежности оператора не сводится только к названным показателям. Для того чтобы определить надежность оператора, недостаточно знать время и точность его отдельных действий.
Здесь важно всесторонне изучить деятельность человека, обращая особое внимание на динамику управления и работоспособность. Короче говоря, решение проблемы надежности предполагает изучение деятельности человека в развитии, что обусловливает в свою очередь необходимость динамического принципа изучения конструкции машины. При этом, естественно, приходится при «подгонке» техники к человеку ориентироваться на «среднего» человека.
Типологическое направление консолидирует методы изучения типологических характеристик человека и свойств его нервной системы, обусловливающей эти особенности. Положения, разрабатываемые в этом направлении, являются основой 112
для рекомендаций по профессиональному отбору специалистов.
И наконец, педагогическое направление выявляет пути и методы обучения и тренировки военных специалистов, способы повышения надежности формируемых практических навыков, методы выработки высоких морально-психологических качеств, повышения психологической устойчивости по отношению к факторам боевого воздействия.
Теория надежности на равных правах стоит рядом с математической логикой, топологией, теорией информации, теорией игр и теорией регулирования; все больше она становится важной вспомогательной дисциплиной и в кибернетике.
С общих позиций кибернетики все возможные направления проблемы надежности могут быть отнесены к макро- или микроподходу при изучении объекта (в данном случае человека).
При макроподходе человек рассматривается как «черный ящик», внутренняя структура которого не ясна или не интересует исследователя, и используются лишь внешние (выходные) характеристики этого «черного ящика».
При микроподходе основной, целью исследования является выявление и изучение зависимостей выходных характеристик от внутренних свойств объекта.
Приведенные выше специфические направления в изучении человека соответствуют различным подходам: медикобиологическое — микроподходу; инженерно-психологическое, типологическое и педагогическое направления — макроподходу. Причем инженерно-психологическое направление в основном используется как макроподход на стадии проектирования технических средств (технические средства «подгоняются» под «среднего» человека), а типологическое — как макроподход на стадии эксплуатации технических средств. Имеется в виду отбор специалистов, «подходящих» к работе с данным типом технических средств.
В принципе на стадии проектирования для конструктора при необходимой полноте выходных характеристик человека достаточно было бы инженерно-психологического подхода. Однако конструктивные особенности технических средств, с которыми вступает человек в контакт при работе, столь велики, что практически невозможно получить количественные оценки и рекомендации на все случаи практики проектирования. В этом отношении более перспективен микроподход, и в частности медико-биологическое направление, но по последнему до настоящего времени мало дается количественных практических рекомендаций.
Таким образом, всестороннее исследование проблемы надежности требует разработки всех направлений, рассмотренных выше.
Выделять отдельно математическое направление, как это
8 Военная инженерная психология 113
делается в некоторых работах, нам представляется неправильным. Разработка математических моделей для описания и расчета надежности человека должна производиться в каждом из указанных направлений с единых методологических позиций и обязательно согласно с методами, используемыми в теории надежности технических средств.
В современной инженерной психологии применяются такие количественные характеристики надежности, как процент ошибок, частота ошибок и т. п., которые позволяют давать сравнительную оценку влияния различных факторов на надежность, но от них зачастую невозможно перейти к количественным характеристикам, используемым для оценки надежности технических средств. Это, естественно, затрудняет оценку надежности всего комплекса «человек—машина» или делает ее вообще невозможной. Очевидно, именно это является причиной того, что в теории исследования операций ныне учитываются лишь надежностные характеристики только технических средств.
Особенностью единых приемлемых для расчетов надежностных характеристик человека применительно к военнослужащим, боевым техническим средствам и оружию, по нашему мнению, должен быть учет надежности «человеческого звена» не только в повседневных условиях (нормальных и аварийных), но и при боевых воздействиях. При этом необходим учет не только психофизиологических свойств, но и моральных качеств человека.
Проблема надежности в военно-инженерной психологии является одной из узловых. Ее решение возможно только на базе единой методологии, терминологии и математических моделей, охватывающих как весь комплекс «командир—исполнитель—техника», так и отдельные его звенья и любые их комбинации, со всеми аспектами — техническими, психофизиологическими и социологическими в условиях повседневной жизни и при боевых воздействиях.
Основные понятия и терминология
В настоящее время в первом приближении обоснованы основные понятия надежности применительно к техническим средствам. К сожалению, терминология этой научной дисциплины применительно к человеку-оператору развита значительно слабее.
Для практического использования наиболее удобным было бы полное совпадение определений надежности технических средств и «человеческого звена». Однако это невозможно в силу принципиальных отличий человека от технических средств, а также в связи с установившимися определенными понятиями в науках о человеке.
Предложенная нами система основных понятий надежно-114
T :i G л 11 n л (i
Структура качеств технических средств и человека
Качество как совокупное свойство
тактико-технические свойства (выходные характеристики) свойства, характеризующие затраты (входные характеристики)
Военно-технические средства (изделия) Качество технического изделия
производительность, мощность и т. д. маневренность экс плу-атацион- 1ая на- дежность живучесть (взрыво- и ударостойкость и т. д.) другие свойства весо-габа-ритные характеристики энерго- и материалоемкость при обслуживании трудоемкость освоения избыточность, заложенная для обеспечения надежности другие свойства
Отдельный человек или воинское подразделение Совокупное профессиональное качество человека
производительность (время) реакции, скорость восприятия и т. д. маневренность профессиональная надежность живучесть (стойкость относительно поражающих факто-ров) другие свойства антропометрические данные человека затраты на содержание и обеспечение человека обучаемость потенциальная надежность другие свойства
Комплекс „человек— техника" СП Комплексное качество
производительность (скорострельность и т. д.) маневренность комплексная надежность живучесть комплекса (защищенность от поражающих факторов) другие свойства весо-габаритные характеристики затраты на эксплуатацию затраты на освоение техники человеком потенциальная надежность другие свойства
сти комплекса «человек—машина» и соответствующих им терминов составлена с учетом сделанных замечаний. Основное внимание в ней уделено выбору критерия надежности системы, построению типовых математических моделей, а также проблеме принятия решения на основе упорядоченного перебора вариантов.
Понятие надежности боевой техники и оружия входит составной частью в категорию «качество», так же как определение надежности человека-оператора в понятие «совокупное профессиональное качество». Для одновременного учета свойств человека и технического изделия можно ввести понятие комплексного качества (табл. 6).
Надежность, качество, совокупное профессиональное качество, комплексное качество являются свойствами, которые определяются через категорию состояний, а состояние оценивается по тому, насколько в данный момент времени изделие, человек или комплекс «человек—машина» удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним.
Требования могут быть как постоянными, так и изменяющимися во времени или в зависимости от некоторых определяющих условий (изменения внешней обстановки и т. и.). Но все они по важности в данный момент времени могут быть разбиты на три группы:
а) основные — требования, обязательное выполнение которых помогает достичь поставленной цели при обеспечении спецификационной или максимально возможной эффективности (например, производительности, минимуме затрат и т. п.);
б) дополнительные — требования эти не оказывают влияния на достижение поставленной цели, но они обеспечивают ее выполнение в случае несоблюдения основных требований;
в) второстепенные требования — нейтральные по отношению к цели и эффективности ее претворения.
Дефект — состояние изделия, человека, комплекса, при котором они отвечают всем основным и дополнительным требованиям, но не соответствуют хотя бы одному из второстепенных требований.
Исправность-—состояние изделия, человека, комплекса, при котором они соответствуют не только основным и дополнительным требованиям, но и второстепенным. Противоположным дополняющим его понятием является неисправность.
В отличие от технических изделий, у которых целевая установка закладывается при их создании, человек может использоваться с различными целевыми назначениями, а для определенных операций он должен быть обучен. Обычно требование обученности является обязательным, ио в ряде случаев (например, при професссиональном отборе, когда обучение еще не производилось) оно отсутствует.
116
В зависимости от этого одному и тому же термину, описывающему состояние технических средств, .будут соответствовать два аналога применительно к человеку: работоспособности технического изделия — потенциальная и профессиональная работоспособность человека, а исправности технических средств — потенциальная и профессиональная пригодность человека.
В зависимости от того, каким требованиям в данный момент времени соответствует техническое изделие, оно может находиться в состояниях (табл. 7): «исправности» — «неисправности»; «работоспособности» — «отказа» (нефункционального, частичного функционального, полного функционального).
Таблица 7
Характеристика состояний в зависимости от соответствия требованиям
Соответствие ;)?i')3 гшиям основным да нет
дополнительным да нет да нет
второстепенным да нет - - -
Определение состояния Через позитивные термины Исправность Работоспособность (полная) Частичная работоспособность
Через негативные термины Дефект Нефункциональный отказ Частичный Полный
Функциональный отказ
Неисправность
Понятие «отказ» является фундаментальным в теории надежности. Отказ — состояние изделия, человека или комплекса. при котором они не соответствуют ни одному из предъявляемых к ним основному или дополнительному требованию.
Полная потеря работоспособности (полный функциональный отказ) наступает при несоответствии основным и дополнительным требованиям. Невыполнение основных предписаний, но с одновременным соответствием дополнительным требованиям вызывает частичный функциональный отказ (при вероятностном достижении цели). Невыполнение дополнительных требований при соответствии основным требованиям может быть названо нефункциональным отказом, то есть отказом, не приводящим к срыву цели функционирования.
Частота появления отказов определяется как внутренними свойствами техники и человека, так и внешними условиями (см. рис. 19, 20). При этом необходимо разделять период приготовления и период работы, ибо в большинстве случаев
117
Неготовность
Рис. 19. Состояния и свойства технических средств при приготовлении
118
условия
Работоспо-
собность
Внешние условия
Восстанавливаемость
Выносливость
Работоспо-
собность
Внешние, условия
безотказность
Ремонтопригодность
временный
Самовос-станавли-ваемость
Помехоустойчивость
Временный
неустойчивый
отказ
(сбои)
Временный устойчивый отказ
Долговечность
Внешн не условия
окончательный отказ
Самовос-станавли-ваемость
Безошибочность
Временныи^
неустойчивый]
отказ
Долговечность
Окончательный
отказ
Технические средства . Человек
Р и с. 20. Состояния и свойства технических средств и человека при работе
Понятие надежности для техники и человека
Таблица g
Техника Боеспособность техники
Боеготовность техники Боевая живучесть (взрыво- и ударо стойкость и т. д.)
Мобильность техники (приспособленность к своевременному приготовлению) Безотказность/ Ремонто-/ пригодность Помехоустойчп-/ в ость // Самовосста-'навливаемость Долпж^
Человек (подразделение) Боевая подготовленность человека
Мобильность человека-подразделения (способность своевременно приготовиться) Профессиональная надежность человека Боевая живучесть (стойкость относительно поражающих факторов)
Выносливость^/ ^/иосстанавли- ' ваемость Безошибочность/' / Самовосста-' навливаемость Долговечности
i'jil \ , _ ... — Комплекс „человек-техника" Боеспособность комплекса
Боеготовность комплекса Боевая живучесть (защищенность от поражающих факторов и стойкость по отношению к ним)
Мобильность комплекса (способность своевременного приготовления) Комплексная надежность
Безотказность / s' Восстанав-/ лнваемость 1 Помехоустой-/ чивость s' Замовосста-навливаемость Долгове^
цели функционирования человека и комплекса «техника — человек» на этих этапах различны.
Для военно-технических средств их спецификой являются жесткие лимиты времени на приготовление, что придает особую по сравнению со многими промышленными техническими устройствами значимость обеспечению этих требований. Возможен синтез двух этих моментов в более широкое понятие «боеспособность», которая является основной в числе свойств, определяющих качество военно-технических устройств.
Приведенная в табл. 8 аналогия понятий надежности для техники и человека соответствует схемам рис. 20, по с надежностью комплекса «техника—человек» дело обстоит несколько сложнее. Например, ошибка (временный неустойчивый отказ) человека нередко приводит к временному устойчивому отказу техники, что может вызвать полный отказ всего комплекса.
В общем случае кроме отказов при работе нужно учитывать также возможность отказов из-за несвоевременного приготовления техники и отказов человека и техники, возникающих в результате боевых действий.
Имея схему последовательности событий, не составляет труда подсчитать вероятность любого из возможных конечных исходов. Но для этого необходимо знать вероятность каждого из состояний. Рассмотрим, как можно определить эти вероятности.
Критерии надежности технических средств и «человеческого звена»
В теории надежности технических средств используются критерии надежности, характеризующие различные ее аспекты (табл. 9). Тот же набор критериев часто можно применить и для описания надежности человека.
Первичными определяемыми из эксперимента обычно являются:
— из числа критериев безотказности: P(t), Q(t), f(t) или х(/);
— из числа критериев восстанавливаемости: fe (/) или ^(i)-
По одному (любому) из критериев в каждой из этих групп можно однозначно определить все остальные в этой группе (табл. 10), а через них и полный набор критериев надежности (табл. 11).
Опыт обработки экспериментальных данных, а также теоретические исследования показывают, что в общем случае законы f(t) могут быть описаны гамма-распределением, крайними предельными значениями которого можно считать экспоненциальный и нормальный законы. При этом чем больше-
121
co co
Содержание критерия надежности
Вероятность безотказной работы в интервале времени от 0 до t
Вероятность отказа в интервале от 0 до t
Частота отказов (плотность распределения (Qt) в момент времени t
Интенсивность отказов в момент времени t (условная плотность вероятности отказов для момента времени t при условии, что до момента t отказ не произошел)
Плотность распределения времени восстановления
Интенсивность восстановления в момент времени t, отсчитываемый от момента начала восстановления
Критерии надежности
Таблица 9
Обозначение Критерии надежности
технических элементов при отказах типа „человеческого элемента1* при отказах типа комплекса
сбой временноустойчивый окончательный сбой временно-устойчивый окончательный
Р(0 _ i + 4“ _р.
Q(t) -Г — + +
fit) + + + +
+ и- "Г +
Л(0 + + +
— + —
Содержание критерия надежности Обозначение
Вероятность безотказной работы в интервале времени от t0 до t0+t
Вероятность безотказной работы в интервале времени t начиная с момента окончания (К—1 )-го восстановления pK(t)
Вероятность отказа в интервале времени от t0 по to + t
Вероятность отказа в интервале времени t начиная с момента окончания (К—1)-го восстановления
Среднее время работы до (первого) отказа Л
Среднее время безотказной работы от момента окончания (К—11)-го восстановления до /<-го отказа тк
Среднее время восстановления работоспособности т
Продолжение
Критерии надежности
технических элементов при отказах типа „человеческого элемента* при отказах типа я й с 6 :х:
сбой временноустойчивый окончательный сбой временноустойчивый окончательный
4 + 4- "Г X. +
+ + +
Ч” + 4- _L -i - L
Х_ +
+ + + J- + +
+ + 4-
+ — +
bo 4^
Содержание критерия надежности Обозначение
Вероятность того, что в момент времени t техническое изделие (человек) находится в работоспособном состоянии (стационарное значение называется коэффициентом готовности K(t) K(t)
Вероятность того, что в момент времени t техническое изделие (человек) в состоянии отказа (стационарное значение называется коэффициентом простоя) K(t)
Вероятность того, что изделие, работоспособное в момент ta, проработает затем безотказно до мо- R(W
мента tQ+t (стационарное значение называется коэффициентом надежности)
Продолжение
Критерии надежности
технических элементов при отказах типа „человеческого элемента* при отказах типа комплскса
сбой временноустойчивы й окончательный сбои временно-устойчивый окончательный
J. -т -Г
+ 4-
4 'Г
Таблица 10
Связь критериев надежности
Известная функция Формулы для определения остальных функций
ЛО 0(0 Л0 X(o A(0 p(0
ЛО — 1-ЛО ~P(0 dtp^ — —
0(0 1-0(0 — 1 1-0(0 Xdt — —-
со t Л0
ло J f(x)dx J (x)tZx — oo — —
t 0 j f(x)dx t
Х(0 exp[-j-0 t 1 - exp[ t X(£)exp[ J X(x)tZx] — - —
•X(x)tZxj 0 0
А(0 — — — — — Л(0 i-‘Le(O
— — — — t p(^)exp- —
L0 J
Таблица И
Расчетные формулы для основных критериев надежности
Показатель В случае произвольного закона распределения времени до отказа Q ( О и произвольного закона времени восстановления р ( t) В случае экспоненциального закона распределения времени до отказа Q(f) = 1 — е?7 и экспоненциального закона распределения времени восстановления Fe(t) = . Л — ev-*
Qtf) F(t)
P(f) l-F(t)
1-fVoH) F(t0+t)-F(ta)
Q(Wrt) ~ l-fV0)
P(t0,t0+P) 1-JVo+Q 1-/Vo)
oo
т J xdF(x)
0J
OO oo
z J xdFe(x)= J [lFe(x)]t/x
0 0
к T T+x
K(t)
k T+t
k{t) oo
R(t) [1-F(x)\dx
^0
е
1
Р
Р
X - ;±
/<•
X Х+р
6(1—e”(X+iM‘)
Ке~и
[K+ke^+^]e-u
126
случайность в возникновении отказа, тем ближе f(t) к экспоненциальному распределению, а чем более закономерен отказ (основное влияние оказывают старение, износ, утомление и другие процессы «накопления ненадежности»), тем ближе f(t) к нормальному распределению. В последнем случае, чем меньше случайность в процессе «накопления ненадежности», тем меньше дисперсия нормального распределения. В пределе при дисперсии, стремящейся к нулю, нормальный закон преобразуется в детерминированную величину, равную математическому ожиданию нормального закона.
Таким образом, эти два крайних частных случая — экспоненциальный и нормальный законы — являются одновременно двумя полюсами; экспоненциальный соответствует полной случайности, нормальный (в пределе) — полной детерминированности.
Для плотности распределения fe (О также в зависимости от степени влияния фактора случайности могут быть использованы различные законы. При полной беспорядочности в операциях поиска неисправности («методом попыток») закон близок к экспоненциальному, а чем полнее упорядоченность-(например, при автоматическом контроле работоспособности и поиске неисправности), тем ближе затрачиваемое время к постоянной (детерминированной) величине. В общем случае для fe(t) удобно и перспективно применение альфа-распределения
Как отмечалось выше, в принципе критерии групп
Р(0, Q(0> /(О, ЦО и Л(0, Рв(О
внутри групп равноценны, так как по любому из них можно-определить остальные. Но в случае экспоненциальных законов f(t) или fe(t) каждый из них зависит только от одного параметра Т (среднего времени восстановления). Вследствие этого в случае экспоненциального закона чаще всего используют в качестве исходных критериев:
1
— безотказности — ЦО = Л= 7= const, ибо одним числом А задаем тот же объем информации, что в случае P(t), Q(t), f(t) двумя числами;
— восстанавливаемости — т.
Расчетные формулы для определения всех критериев надежности в случае экспоненциальных законов f(t) и /ДО по известным А и т приведены во втором столбце табл. 11.
Методики определения исходных данных для расчетов в виде f(t), K(t), fe(t), цв(7) применительно к техническим
1 См. Г. В. Д р у ж и н и и. Надежность устройств автоматики. М., «Энергия», 1964.
127
'Средствам даются в соответствующей литературе В ряде работ дан порядок определения надежностных характеристик человека 1 2.
Отличительной особенностью человека является много-•функциональность его работы в комплексных системах. Кроме того, для человека характерна взаимосвязь физиологических, психологических и социальных факторов.
Однако при решении конкретных задач ряд переменных факторов может быть в какой-то степени исключен. Например, при исследовании надежностных характеристик операторов из числа военнослужащих срочной службы мы имеем дело в основном с однородной по возрасту и состоянию здоровья группой.
При решении вопросов надежности комплекса «человек-техника» желательно иметь количественные характеристики надежности, которые пригодны для достаточно широкого круга технических средств.
Некоторые данные по надежности человека-оператора, обусловленные психофизиологическими факторами
В большинстве работ по надежности человека-оператора рассматриваются проблемные и терминологические вопросы. Однако в ряде трудов делаются попытки экспериментальным путем оценить надежность оператора при тех или иных формах его деятельности, особенно при приеме информации. Разработке методов оценки и учета надежности оператора посвящено весьма ограниченное число работ.
Очевидно, что в настоящее время не представляется возможным дать исчерпывающие и абсолютно достоверные характеристики надежности оператора. Единственно, что можно попытаться сделать, это проанализировать, с той или иной степенью детальности, факторы, влияющие на надежность действий оператора.
Анализируя наиболее общую структуру функционирования оператора3, можно выделить следующие основные этапы: прием сигналов; выявление сигналов; определение сообщения, которое несут сигналы; решение возникающей задачи (в этот процесс в необходимых случаях включаются вычисления, логические заключения и т. п.); формулирование результата решения в виде, пригодном для дальнейшей реализации (обра-
1 См. Я. Б. Ш о р. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. М., «Советское радио», 1962; Б. А. Козл ов, И. А. Ушаков. Справочник но расчету надежности. М., «Советское радио», 4966.
2 См. А. И. Г у б и н с к и й. Методы определения критериев надежности на основе опытных данных. Сб. «Проблемы инженерной психологии». Вып. 4.
3 См. В. И. Николаев. Определение времени, затрачиваемого оператором на решение задач по управлению судовой энергетической установкой. «Известия АН СССР. Энергетика и транспорт», № 4, 11965.
.128
9 Военная инженерная психология
| Kxutlhhif yi rripnuспп;о । [нр.‘ii/iii ит'1
I
iPeuiiiitiiiiijii < исшгм и - вь»1ис лени я iimmuecmie ттриции
•(Ui’imipuньнпя »(;дб'«ия система')
llibixoihibic устройства I |(оргонл! речи и йвиже-1 иия) .
. 21. Основ-этапы работы оператора
М Л2 Л3 Л-5 Л.6 Л.;
зование команд-информации); поиск средств реализации команд-информации; реализация результата решения—выдача команд-информации (рис. 21).
Очевидно, что если бы удалось получить достаточно достоверные оценки надежности каждого из показанных процессов, то задача определения надежности оператора была бы в значительной мере решена. К сожалению, в этой области еще не накоплено достаточных экспериментальных данных. Нет и удовлетворительных аналитических методов расчета.
Последующее изложение основывается на обобщении весьма разрозненного и часто с большим трудом приводимого в систему материала. Сложность обобщения существующих экспериментальных данных определяется следующим.
Во-первых, отсутствуют достаточно достоверные данные о характере распределения отказов оператора. Здесь следует иметь в виду, что погрешности, допускаемые оператором в определении, например, показания приборов в большинстве случаев нельзя считать отказами, так же как мы не считаем отказом собственные погрешности прибора, если только они не выходят за некоторый заранее устанавливаемый предел. То есть отказом оператора в рассматриваемом случае может являться лишь такая его погрешность, которая приводит к срыву функционирования комплекса или же к каким-либо нежелательным изменениям в его функционировании. Лишь эти предельные погрешности следовало бы именовать отказами (ошибками) оператора. Распределение предельных погрешностей, по-видимому, будет иметь иной характер, чем нормальное распределение, обычно наблюдаемое в экспериментах по оценке погрешностей оператора.
Во-вторых, в описаниях экспериментов, как правило, отсутствуют указания хотя бы на общую продолжительность опытов, не говоря уже о временных интервалах между ошибками оператора. Последнее не позволяет проверить применимость разработанных в технике методов к анализу надежности действий оператора.
Однако полученные данные, хотя еще и весьма малочисленные, позволяют полагать, что при определенных условиях (отсутствие направленных помех, оптимальные условия обитаемости, нормальное психофизиологическое состояние человека и т. п.) закон распределения времени между ошибками оператора близок к экспоненциальному и, следовательно, для оценки его надежности в первом приближении могут быть использованы широко известные в технике ^-характеристики.
Исходя из этих предпосылок, рассмотрим надежность оператора при решении каждой из указанных выше задач в процессе взаимодействия оператора с рядом наиболее характерных сопряженных с ним технических устройств.
При приеме сигналов основными причинами отказов опе-
130
ратора в системах эпизодического контроля (контроля по вы* зову) являются неправильные операции по включению прибора. Эта ошибка оператора аналогична по своему характеру ошибке при поиске и реализации команд-информации. В силу этого можно принять интенсивность отказов:
(1)
где %'i—интенсивность отказов оператора при включении контрольно-измерительных приборов;
2,6,7 — интенсивность отказов оператора в объединенном процессе поиска средств реализации и реализации команд-информации.
Второй причиной отказов является превышение шума над мощностью сигнала (слабая контрастность сигнала, недостаточная освещенность ит. п.).В результате этого органы чувств оператора не опознают сигнала. При использовании военной техники особое значение здесь имеют снижение освещенности приборной панели, наступающее из-за отказов в системе освещения, и высокая интенсивность шума. Характеристика Xi", определяющая интенсивность этого типа отказов, может быть оценена по ^-характеристике типов интенсивности шума. Однако полученное значение, очевидно, будет завышенным, так как при частичном снижении освещенности, как правило, оператор с некоторой вероятностью все же может принять сигнал.
Третьей причиной отказов при приеме сигналов является временная или окончательная потеря чувствительности анализаторов человека (слепящий свет, заболевание и т. п.). Интенсивность отказов Л]'" вследствие этих причин с трудом поддается даже приближенной оценке, поскольку практически совершенно отсутствуют какие-либо данные. Здесь можно ориентироваться лишь на вероятность появления вызывающих это явление внешних причин. Последние по большей части связаны с отказами техники.
При выявлении сигналов указанные выше последние две причины оказывают аналогичное влияние. Помимо этого, здесь весьма существенно сказываются особенности формы сигнала. Так, при низком уровне помех среднее число правильно опознанных сигналов в зависимости от их формы изменяется от 30% (эллипс) до 88% (треугольник). При высоком уровне помех процент правильно опознанных сигналов лежит в пределах от 22% (крест) до 56% (треугольник)1.
Влияние шумов на различимость речи характеризуется следующими значениями: при среднем шуме правильно раз-
1 См. S. I. Gerathewohl. Investigation of perceptual factors involved in the interpretation of PPI—Seopl presentations. A pilot study on form discrimination, V. S. Air Force, shool of Aviat Med. Protect; Rep. 2, 1952. 9* 131
личаются 75% сообщений, а при высоком шуме (шум, равный по уровню самому сигналу) — около 40%.
При определении сообщения, которое несет сигнал, существенную роль играет прежде всего степень обученности оператора. Отсутствие должного мастерства вызывает следующие дефекты в его работе:
1) пропуск сигналов;
2) искажение тех или иных сигналов (ошибочное опознание, неадекватная реакция и т. д.);
3) задержка в передаче некоторых сигналов;
4) снижение полноты в различении и опознании сигнала (некоторые признаки сигнала не замечаются, «срезаются», многомерные сигналы как бы превращаются для человека в одномерные); в этом случае принимается только часть информации, содержащейся в сигнале, и ответные действия человека становятся менее дифференцированными;
5) отказ от решения задачи, то есть прекращение деятельности.
Кроме того, имеют место ошибки такого рода, как смещение опознаваемого сообщения к центральной тенденции (например, в сторону занижения оценки действительного значения параметра при его значительном отклонении в сторону увеличения или завышения при существенном отклонении в сторону уменьшения); ассоциация с предыдущим или с предполагаемым сообщением; ассоциация с другим, одновременно принимаемым сообщением; возвращение к привычному типу декодирования (например, отсчет по часовой стрелке для шкалы с противоположным направлением отсчета).
Процесс решения возникающей задачи продолжает оставаться наименее изученным в современной экспериментальной психологии. Поэтому сколько-нибудь достоверных данных по характеристикам и факторам, определяющим надежность этого процесса, по существу, нет. Вероятнее всего, что на надежность этого процесса в рассматриваемом нами аспекте наиболее существенное влияние оказывает обученность, опыт и психофизиологическое состояние оператора.
В некоторых работах отмечаются такого рода ошибки в действиях оператора, как искажение в сторону последствий, которые могут иметь место в зависимости от принятого решения (что последует —«вознаграждение» или «наказание»), забывание повторяющихся одинаковых сообщений, учет ограниченного числа сообщений из всего множества и т. п. По-видимому, эти ошибки следует отнести прежде всего к дефек« там процесса решения.
Формулирование решения отличается от самого процесса решения, так же как результат некоторых вычислений отличается от процесса вычисления. В этом особенность этапа
132
формулирования решения. Основным здесь является представление (решения в удобной для последующей реализации форме. Следует сказать, что процесс решения настолько слит с этапом формулирования результата, что не представляется возможным без достаточно тонких опытов выявить специфику последнего. Надежность этого этапа в первую очередь зависит от обученности, опыта и состояния оператора.
Поиск средств реализации решения во многом подобен первому этапу, о чем уже упоминалось выше. По этой причине надежностные характеристики здесь зависят в основном ст аналогичных факторов. Дополнительным является требование рельефности органов управления при поиске вслепую.
Процесс реализации решения с точки зрения теории надежности характерен наличием эффектов типа «неправильное включение», ошибок из-за чрезмерной или, наоборот, недостаточной интенсивности речевого сигнала.
Как уже отмечалось, в настоящее время еще нет достаточных данных для достоверной оценки надежности всех этапов. По этой причине ^-характеристики являются весьма приближенными и скорее могут быть использованы для сравнительных оценок, чем в качестве действительных характеристик надежности действия оператора на соответствующих этапах деятельности.
Для определения ^-характеристик, исходя из принятого предположения об экспоненциальном законе отказов оператора, использовалось соотношение:
(2)
где D — коэффициент избыточности кодов, с которыми имеет дело оператор в реальных условиях работы (этот коэффициент учитывался при обработке лишь тех тестов, практические аналоги которых содержат ту или иную степень избыточности, например при приеме речевых сообщений);
Р — доля безошибочных действий испытуемых;
G—общее время проведения эксперимента.
Разумеется, приведенное соотношение следует рассматривать не более как в той или иной мере приемлемый способ оценки ^-характеристик по опубликованным в литературе экспериментальным данным, отчеты о которых содержат в лучшем случае указание на процент правильных ответов, количество испытуемых и общее время экспериментов.
Еще одним существенным недостатком приведенных характеристик является то, что они не учитывают интенсивности потока требований на решение задач, стоящих перед оператором. В то же время ряд исследований показывает, что надежность оператора существенно зависит от интенсивности потока требований. В частности, до некоторой степени выяснена зави-
133
Рис. 22. Зависимость вероятности ошибок от интенсивности потока информации
симость процента ошибочных ответов на световые сигналы от частоты появления последних.
Обобщенные результаты этих экспериментов показаны на рис. 22. Здесь а-—суммарный процент ошибочных ответов типа ложных реакций и пропуска сигнала, a Fyy — поток предъявляемой информации в бит/сек. Уравнение сглаживающей кривой имеет вид:
a=0,097Fyy1’77. (3)
На рис. 23 представлена зависимость пропускаемого оператором потока Fyz от входного потока Fyy, построенного по тем же данным. Кривая Fyz=<?(Fyy) описывается уравнением
Fyz=49(l — е~ °.0212Fyy). (4)
Выражение (4) показывает, что предельный поток, пропускаемый оператором, равен примерно 49 бит/сек. Этот поток информации может быть обработан оператором, по-видимому, лишь при доведенном до автоматизма решении каких-то достаточно простых задач.
В обычной практике, вероятнее всего, при значительных потоках наступит «срыв» оператора. На этот факт указывает ук-134
Рис. 23. Зависимость пропускаемого потока информации от входного лонение двух последних экспериментальных точек на графике рис. 23.
На основе приведенных данных можно высказать предположение, что ^-характеристики в функции от интенсивности работы оператора зависят следующим образом:
Х,= Ю-4^1-77, (5)
где - (6)
поток информации, перерабатываемый оператором на соответствующем этапе.
В формуле (7) —количество информации, участвую-
щее на j-m этапе, а т/ — время, затрачиваемое на выполнение i-ro этапа действий. Методы расчета J; и т; приведены в упомянутой выше работе В. И. Николаева. На основании суммарной характеристики для оператора (3) получим:
Xon=10-4S?V’77- (7)
i
Интересно сравнить результаты расчета X — характеристики по формуле (7) с экспериментально полученными данными по считыванию показаний стрелочных приборов.
Для этого процесса имеем:
7.2 + 7.з=2-10 ~35-8-10-3.
Количество информации при считывании показаний приборов на каждом из этапов обычно лежит в пределах 5,9—7,3 бита, а время, затрачиваемое на считывание, колеблется от 2,0 до 135
3,0 сек. Таким образом, если полагать, что на каждый этап затрачивается примерно одинаковое время, для Рг=Рз получим:
F2 = F3 = 5—6 бит/сек.
Откуда по формуле (8) найдем:
Х2, З = 3,5-10~3-т-4,8-10-3.
Результаты прогноза достаточно обнадеживающие.
Приведенные данные и предшествующий анализ показывают, что с точки зрения надежности человек существенно уступает техническим устройствам. Особенно ненадежность оператора проявляется в случаях дефицита времени. Однако если нет острого дефицита времени и оператор располагает определенным его резервом, то на общую оценку надежности-комплекса «человек — система управления» существенное влияние могут оказать компенсаторные возможности опера-
Ри
роп
рп.к и
Информа-\ ционное [ устоой- I ство •
__________I
Оператор
Преобраз команд, информации
т
и
р8
[Восстц- । новление •
искомо- П
1 ния I
Рп.р 1
I <-0Я ^проверка [ । решения
ра.р
I--------1
•Отмена
-Сложного I— I решения I
I________I
j - ая проверка решения
Рл р к
I---------1
кая проверха I—
I решения I
I______.J
Рис. 24. Модель компенсаторных возможностей оператора
136
тора. Например, такие, как восстановление искаженного сигнала за счет постопознавательной деятельности, перепроверка решения иным методом, отмена ложного решения или неправильной реализации ввиду переключения на другой вид выдачи команд-информации и т. п.
В терминах теории надежности указанные возможности можно интерпретировать как своеобразное резервирование соответственно индикаторов, собственных операций и преобразователей команд-информации.
Схема, соответствующая сформулированной модели, представлена на рис. 24. Здесь Рн , Р.п , 7ПКИ—соответственно вероятности безотказной работы индикатора, оператора и преобразователя команд-информации, а Рв, Р npj и Р о.р—вероятности восстановления ложного сигнала, /-й проверки собственных действий и отмены ложного решения. Более подробные данные о количественных значениях надежностных характеристик деятельности человека, а также о математических моделях и методах расчета надежности комплексов «человек— техника» можно найти в трудах Второго Всесоюзного симпозиума по надежности систем «человек—техника» (часть II), где изложены основные идеи структурного метода (А. И. Гу-бинский и др.).
В заключение можно отметить, что методы теории надежности и теории информации, несмотря на большое количество еще не решенных здесь вопросов, могут сыграть заметную положительную роль при анализе и синтезе комплексов «человек— военная техника».
В дальнейшем необходимо значительно шире, чем это имеет место сейчас, развернуть работы по таким направлениям, как экспериментальное изучение надежности оператора с опорой на методы, развитые в теории надежности технических систем; разработка математических методов для аналитической оценки надежности комплексов на базе игровых моделей; развитие методов для компенсации снижения надежности' человека при воздействии на него экстремальных внешних условий; разработка методов оценки профессиональной надежности обучаемых специалистов и т. д.
7. ОСНОВЫ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ВОЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Одной из основных проблем военно-инженерной психологии является разработка психофизиологической классификации военной деятельности, которая позволяла бы, с одной стороны, определить место каждой из рассматриваемых конкретных специальностей, а с другой — устанавливала какую-то-иерархию качеств и способностей человека при различных видах военной деятельности.
137
Классификация деятельности
Для решения практических задач, ,в частности психофизиологического отбора, наибольшее значение имеют те элементы структуры деятельности, которые характеризуют особенности переработки информации человеком, а также специфическую и неспецифичеоюую напряженность.
По критериям напряженности выделяются три группы специальностей:
1 — с оптимальной напряженностью,
2 — экстремальной,
3 —сверхэкстремальной.
Экстремальная напряженность связана с условиями, требующими мобилизации обычных «буферных» резервов организма. Сверхэкстремальная напряженность возникает в обстоятельствах, требующих мобилизации «аварийных» резервов функционирования (непосредственная угроза для жизни, ответственность за подчиненный коллектив в боевых условиях и т. п.).
Для всех военных специальностей характерным является выполнение деятельности в экстремальных или сверхэкстремальных условиях. Соответственно все военные специалисты должны обладать рядом положительных качеств, входящих в группу активационных особенностей личности. Степень развития этих качеств следует учитывать при решении вопроса: рекомендовать ли кандидата в группу специальностей экстремальной напряженности или сверхэкстремальной.
Например, в группу сверхэкстремальной напряженности входят летчики, разведчики, командиры подводных лодок, танкисты.
В группу экстремальной напряженности входят операторы РЛС, офицеры штабов, артиллеристы и т. п.
Более развернутой является классификация по критериям переработки информации в процессе трудовой деятельности.
К специальностям «операторного профиля» по данной классификации относятся классы «операторные» и «оперативные» за исключением подкласса 3 «игровые». Для этих групп специальностей ниже дается перечисление дифференциальных (обладающих наибольшим весом) признаков.
К типу 1 относятся специалисты, работа которых предъявляет требования к физическому состоянию и развитию личного состава и некоторым физиологическим функциям. Психофизиологические требования минимальны, и проведение отбора по этим показателям нецелесообразно.
Тип 2 характеризуется наличием промежуточной системы между человеком и предметом трудового воздействия. Отличием управленческих специальностей от эвристических являет-138
ся относительно малый вес творческих мыслительных операций и преобладание жестко детерминированных операций у управленческих специальностей.
Операторные специалисты отличаются от оперативных наличием малопорядковой промежуточной системы, большим весом репродуктивных трансформирующих операций. Для оперативных специальностей характерны продуктивные трансформирующие операции. Это ведет к тому, что для этих специальностей важными являются такие свойства личности, как абстрактно-логическое мышление, способность к обобщению и конкретизации и т. п.
Дальнейшее иерархическое описание основано на выделении какой-либо общей психофизиологической характеристики профессии и соответствующей ей характеристики личности.
Данную классификацию следует считать предварительной, ориентирующей исследователя в подборе методик и позволяющей определить основной характер мероприятий по проведению профориентации и профотбора.
Так, например, изучение способности человека к быстрому изменению стереотипных реакций, способностей к переключению деятельности позволит разделить уже на стадии первичной профориентации весь отбираемый контингент, предназначенный для выполнения операторской работы, на две группы. Одна из них будет рекомендована на обучение специальностям, входящим в подкласс стереотипных, а другая — нестереотипных профессий. В учебных центрах или училищах этот этап отбора можно будет уже не проводить, а особое внимание уделить выявлению особенностей оперативной памяти и внимания, по характеристикам которых можно направлять личный состав в те или иные учебные группы.
Психофизиологический анализ деятельности
Любое исследование в области психологии и физиологии труда должно начинаться с психофизиологического анализа данной трудовой деятельности. Так, например, применительно к задачам психофизиологического отбора специалистов этот анализ имеет целью: выявление психических и физиологических качеств, способствующих успешному выполнению профессиональной деятельности; получение критериев оценки эффективности работы специалиста, необходимых для последующего сопоставления с результатами психофизиологического обследования, а также разработку «рабочих тестов».
В основе анализа профессиональной деятельности лежит составление профессйограмм или описание профессии с точки зрения физиолога, гигиениста и психолога.
Такое описание удобно делать по следующей схеме.
139
Схема
отбора и анализа данных по психофизиологическому изучению особенностей трудовой деятельности
I. Общие данные.
1. Наименование специальности, сущность выполняемой: трудовой деятельности, основные производственные операции.
2. Схема расположения рабочего места и информационных связей данного специалиста с другими.
II. Краткая гигиеническая характеристика условий на рабочем месте.
1. Особенности микроклимата и газовой среды.
2. Характеристика факторов, отрицательно влияющих на организм специалиста.
3. Физиолого-гигиеническая характеристика одежды и защитных приспособлений.
Ш. Данные об оборудовании и компоновке рабочего места, краткая характеристика приборов, манипуляторов.
1. Основные сведения о конструкции и назначении основной системы (агрегата), обслуживаемой специалистом.
2. Применяемая аппаратура и инструменты, их характеристика с точки зрения удобства пользования.
3. Данные об устройстве отдельных приборов и манипуляторов (органах управления аппаратурой).
IV. Психофизиологические особенности трудовой деятельности.
1. Краткое описание основных рабочих операций или этапов трудовой деятельности. Оценка времени, потребного-на операции в условиях сложных и наиболее часто встречающихся ситуаций.
2. Данные о функции анализаторов (органов чувств) и. особенностях внимания:
а) какой анализатор является ведущим;
б) какие требования предъявляются к функциям анализаторов:
— к дифференциальному порогу (например, есть ли трудности при восприятии сигналов (команд) на фоне шумов),
— к лабильности анализаторов (какое количество сигналов поступает в единицу времени, отмечается ли интерференция (одновременное поступление) нескольких сигналов-, и т. д.);
в) напряженность внимания, его устойчивость, распределение.
3. Данные о функции центральной нервной системы:
а) характеристика оперативной и долговременной памяти: (объем сведений, который необходимо запомнить на короткие промежутки времени в процессе выполнения рабочих опера-140
дий; характер материала долговременной памяти преимущественно цифровой, образный и т. п.);
б) характеристика преимущественных способов переработки информации (принятия решений):
— автоматизированные реакции выбора, слежения и т. д., — мыслительные операции, вычислительные, творческие, — наличие операций вероятностного прогнозирования.
4. Данные о функции двигательного и речевого аппаратов:
а) характер рабочих движений рук и ног (силовая нагрузка, амплитуда, сложность координации и т. п.);
б) поза специалиста при выполнении основных рабочих операций, как часто она меняется;
в) интенсивность речевой деятельности.
5. Волевая и эмоциональная напряженность:
а) возникают ли и как часто ситуации, требующие больших волевых усилий (выполнение работы при неблагоприятных условиях внешней среды, при отвлекающих воздействиях и т. п.);
б) причины и степень эмоциональной напряженности (ситуации опасности, большой ответственности, дефицита времени и т. п.).
V. Сведения о динамике психофизиологического состояния в процессе трудовой деятельности.
1. Характер и степень изменения основных психофизиологических функций (внимания, порогов восприятия, мыслительной активности и т. д.) при выполнении разных операций и за период рабочего дня (дежурства).
2. Наиболее вероятные причины наблюдающихся изменений: утомление, понижение активности вследствие монотонной работы, влияние эмоциональных факторов, воздействие неблагоприятных факторов среды.
VI. Характеристика ошибок в работе специалистов.
Вид наиболее часто встречающихся ошибок и их возможные психофизиологические причины по следующей классификации.
А. По внешним признакам:
I. Выпадение элементов рабочего процесса.
2. Качественные ошибки:
а) неверное опознание сигнала (команды);
б) нарушение последовательности выполнения отдельных элементов рабочего процесса;
в) логические ошибки (неверный выбор действий, ошибки в умозаключениях и т. п.);
г) стереотипное повторение уже выполненных действий;
д) выполнение действий при наличии запрещающих сигналов.
3. Количественные ошибки:
141
а) отклонение от заданного значения параметра при выполнении действий (слежение, установка показаний в приборе и т. п.);
б) неверный арифметический расчет;
в) чрезмерное (сверх допустимого) увеличение времен» действия.
Б. По психофизиологической сущности:
1. Информационная перегрузка, когда скорость поступления информации превосходит возможности человека по ее приему и передаче, то есть пропускную способность, или информационная недогрузка (монотонность в работе).
2. Воздействие внешних помех.
3. В результате утомления.
4. Под влиянием факторов среды.
5. Эмоциональные воздействия.
6. Влияние патологического процесса.
7. Отсутствие должной мотивации (направленности на выполнение деятельности: халатное отношение к работе, отсутствие интереса 'и.ддп.).
Получение ответов на перечисленные в схеме вопросы требует от психофизиолога и психолога изучения существа профессиональной деятельности, проведения бесед с опытными специалистами, а также накопления материала путем наблюдения за трудовым процессом, изучения документации и производства ряда измерений. Разумеется, в зависимости от целей анализа объем исследований может увеличиваться или сокращаться, вплоть до исключения целых разделов данной схемы.
Недостатком метода профессиографии является его описательный характер и большая зависимость от точки зрения исследователя. Поэтому крайне желательно использовать метод алгоритмического психофизиологического анализа трудовой, в том числе военной, деятельности, который позволяет более детально рассмотреть особенности рабочего процесса и применить специальные количественные критерии.
Сущность алгоритмического анализа трудовой деятельности состоит в разложении рабочего процесса на качественно различные элементарные составляющие, определении их логической связи между собой и вычислении ряда мер, имеющих определенный психофизиологический смысл.
В качестве элементарных составляющих берутся так называемые «оперативные единицы», которые как нечто цельное используются специалистами в их работе. Такими «единицами» являются воспринимаемые или извлекаемые из памяти образы, понятия, суждения, а также действия, простые или сложные, но протекающие целостно под влиянием одного «пускового» импульса.
Сущность понятий «оперативная единица» поясним на при-142
мере. Считывание показаний с прибора представляет собой процесс, составленный из ряда элементов — поворота головы, поисковых движений, а затем фиксации глазных яблок, аккомодационной настройки глаза и т. д. Каждый из этих элементов может быть в свою очередь разложен на элементарные составляющие. Однако для уровня принятия решений (операционного уровня) оперативной единицей будет считывание показаний с прибора в целом. В некоторых случаях такой единицей может оказаться считывание показаний сразу с нескольких приборов.
Состав и объем оперативных единиц устойчив лишь относительно, в пределах определенного вида трудовой деятельности и при данном уровне профессиональной подготовки специалиста.
Для выделения оперативных единиц помимо наблюдения за рабочим процессом и устного отчета специалиста могут быть использованы методы синхронной киносъемки показаний приборов на пульте управления и направлений взора, а также более сложные виды полиэффекторной регистрации.
Итак, критериями оперативных единиц на рассматриваемом уровне являются: во-первых, одно логическое условие (образ, понятие, суждение), которое фигурирует как информационная единица в процессе формирования или выбора решения; во-вторых, «оператор», то есть действие (считывание показателей, восприятие команды и т. п.), приводящее к формированию одного условия, определенной команды (например, введение в автомат одного показателя путем поворота тумблера). Рабочий процесс, рассматриваемый как совокупность элементарных оперативных единиц переработки управляющей информации, в простейшем виде описывается с помощью предложенного А. А. Ляпуновым1 метода составления логических схем алгоритма2.
Большими латинскими буквами обозначаются элементарные акты переработки информации—операторы, малыми буквами— логические условия, определяющие выбор того или иного оператора. От каждого символа логического условия начинается нумерованная стрелка (? ), которая оканчивается у какого-либо другого члена ((*). Работа алгоритма начинается с того, что срабатывает самый левый член схемы. После этого определяется, какой элемент должен работать следом за ним. Если первый член был оператор, то за ним должен сра-
1 См. А. А. Ляпунов, Г. А. Ш е с т о п а л. Об алгоритмическом описании процессов управления. «Математическое просвещение», 1957, № 2, Фнзматгиз.
2 Имеются в виду не «абсолютные» алгоритмы в виде комплекса точных элементарных правил решения задач определенного класса, а «представляющие» алгоритмы, в которых точность правил относительна и зависит от содержательной стороны материала, используемого для решения задачи.
143
ботать тот член .схемы, .который стоит непосредственно справа. Если же предыдущий член был логическим условием, то возможны два случая: или проверяющее условие выполняется (обозначается «1») —тогда должен работать следующий за ним член справа или же оно ие выполняется (обозначается «О»). Тогда должен работать тот член, к которому ведет стрелка, начинающаяся после данного логического условия. В некоторых случаях вводится специальный символ — всегда ложное логическое условие (со). 'После него во всех случаях должен срабатывать член, указанный стрелкой.
Рассмотрим для наглядности простейший пример. Пусть специалист считывает показания с прибора (оператор Л). Если показатель больше 100 (логическое условие выполняется, /= 1), то специалист нажимает кнопку (оператор /?), при показателе меньшем 100 (1 = 0) он докладывает диспетчеру (оператор Д). В соответствии с описанными выше правилами алгоритм этой работы будет выглядеть следующим образом:
Л/t1 RUZ.
Применение в чистом виде метода составления логических схем рабочего процесса по А. А. Ляпунову с психофизиологической точки зрения имеет ряд упущений. Эти недостатки в определенной степени могут быть устранены путем введения ряда дополнений в правила составления алгоритма. Будем различать операторы афферентные, эфферентные и запоминания, обозначая их соответственно индексами (а), (е), (ц). Кроме того, в ряде случаев понадобится оператор задержки (Т) для обозначения, например, ожидания команды или окончания срабатывания автоматического устройства. Среди логических условий будем выделять те, которые специалист получает не в результате непосредственного восприятия (а), а путем «извлечения» из своей памяти (р,). Для оператора, если его действия выполняются в форме какого-то непрерывного процесса, длительностью которого нельзя пренебречь, вводится обозначение скобки внизу. Когда два оператора A“i и В(£>! срабатывают практически параллельно, то под ними ставится одна и та же цифра.
В качестве примера рассмотрим часть операции «обгон» при вождении автомашины. Описание членов алгоритма дано в базисной таблице 12. Графа «Психофизиологическое содержание» заполняется с учетом психофизиологической классификации процессов переработки информации человеком.
Логическая схема алгоритма имеет следующий вид (рис. 25). На этой схеме поисковый и автоматизированный каналы переработки информации отделяются сплошной горизонтальной чертой. Под ней расположены еще три строки, разделенные пунктирными линиями. Нижняя строка отражает перера-144
10 Военная инженерная психология
Таблица 12
Описание членов алгоритма операции «обгон» при вождении автомашины
Вид члена алгоритма? Операционное значение (описание членов алгоритма) Символы Психофизиологическое содержание Вероятности исходов Количество информации, дв. ед. Время, сек Эмоциональная 1 напряженность, баллы Прочие оценки
специфическая Амера иеспецнфиче-ская мера, баллы
1 0 среднее | индивидуальные
1 0
Ог о2 Оз к Обзор вперед Обзор назад Внутренняя «команда» на совершение обгона Позволяет соотношение скоростей Д, О) Л(а) Vo Зрительное восприятие при наблюдении через ветровое стекло Зрительное восприятие при наблюдении в зеркало заднего вида Мотивация Сложное суждение типа дедуктивного детерминированного умозаключения 1 2 1 2 1 1 1 4 Суммарная информация, средпе-ипдивид. -7
/, Позволяет ширина дороги Нет двойного обгона S о Информация преимущественно зрительная, меньше слуховая 1 2 1 2 _1_ 1 Ч 1 1 1 1 1 1
ел
о
Продолжение
Вид члена алгоритма Операционное значение (описание членов алгоритма) Символы Психофизиологическое содержание Вероятности исходов Количество информации, дв. ед. Время, сек Эмоциональная напряженность, баллы Прочие оценки
специфическая мера неспецифическая мера, баллы
1 0 среднее | индивидуальные
1 0
ц Нет запрещающего знака Z 1 2 1 2 1 1 1 = 5-10 3—4
1л Нет обгона своей машины Нет препятствия р со 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 1 1 1 1
/7 ot О;, 6 Позволяет видимость Удержание руля в среднем положении Поворот руля вправо Поворот руля влево а R0{e} /?п(е) Ял(Е) Статическая работа рук с малой нагрузкой при зрительно - проприоцептивном контроле Простое движение рукой с малой нагрузкой при зрительно-проприоцептивном контроле Простое движение рукой с малой нагрузкой при зрительно-проприоцептивном контроле 1 2 1 ~т 1 1 1 4 4 4 Силовая нагрузка 0,5-0,7 кг Силовая нагрузка 0,5-0,7 кг
Продолжение
Вид члена алгоритма Операционное значение (описание членов алгоритма) Символы Психофизиологическое содержание Вероятности исходов Количество информации, дв. ед. Время, сек Эмоциональная -напряженность, баллы Прочие оценки
специфическая мера неспецифическая мера, балл ы
1 0 среднее 1 индивидуальные
1 0
/8 1с, От О8 Оэ О10 Выдерживается заданное направление движения Есть отклонение влево Внутренняя «команда» на удержание определенной скорости Удержание педали газа в положении, соответствующем заданному (г^>) Нажатие на педаль газа Отпускание педали газа d d-л р (О /го Рг Г( + ) г(-) Информация по зрительной пространственной ориентации Информация по зрительной пространственной ориентации Мотивация Статическая работа правой стопы с малой нагрузкой с проприоцептивным контролем Простое движение правой стопой малой нагрузки с проприоцептивным контролем То же 10 1 2 1 10 1 2 0,47 1 0,14 1 3,32 1 4 4 4 4 4 4 Силовая нагрузка 5—Ю кг Силовая на-
Ао /и Скорость соответствует заданной Скорость меньше заданной V V, По зрительной, слуховой и вибрационной информации То же 9 10 14 1 10 1 2 0,47 1 0,14 1 3,32 1' 4 4 грузка 5—10 кг
Продолжение
д Вероятности Количество ин-(Ьоомации. дв. Прочие оценки
X исходов ед. X (V 5 . 4*
Операционное значение (описание членов алгоритма) Л о ад Психофизиологическое содержание 1 0 1) индивидуальные к S ф о s Я . дал $ о *цифи зкая м §6“ 5 Е
m2 6 1 0 со ез О 0 х х X л У S <и з X-&S ~
Ои 012 Оа ^12 11Л 1и О,3 Сигнал маневрирования влево Поворот руля влево Поворот руля вправо Допустимая линия обгона Достигнута начальная линия движения (в своем ряду) Относительная скорость меньше, чем нужно для обгона Модель принятия решения по поисковому типу— повернуть на кучу гравия /?л(Е) Я,,(б) ИОм тп^ Простое движение правой кистью малой нагрузки с проприоцептивно-тактильным контролем Сложнокоор дипиров ан-ное движение рук при зрительном и проприоцептивном контроле То же Информация по зрительной пространственной ориентации То же Информация по зрительной пространственной ориентации Дедуктивное правоподобное умозаключение по свойствам р, у, 6 1 2 1 2 2 3 1 2 1 2 1 3 1 1 0,92 I 1 1 0,58 1 1 1,57 4 4 4 4 4 4 1-2
Операционное значение (описание членов алгоритма)
Психофизиологическое содержание
4з(л) Предмет впереди (куча гравия); очень возможно, что может быстро затормозить машину, не разбив ее
Pi Сыпучее тело
Р2 Имеет пологую форму
Рз Куча расположена близко Суммарное количество информации
№:
Продолжение
Вероятности исходов Количество информации, дв. ед. Время, сек Эмоциональная напряженность, баллы
1 0 среднее 1 индивидуальные
1 0
15,81 25,84 23,86 1-2 >
Прочие оценки
специфическая мера
СП О
л%м< "П
| W^(v0 bs bo bz bp bur bo )
Z 17 2~Г~' 'l 'b"4 6
Iff® i it I a> I i d„ 1кп<£’о> I l/^w I
__2^________________zT2_______
7 8.10 Z6 7 Z6 3 3 3 It
«.mle ииж ты;1» i
15 15
фг(вэ|»Ь7 frS) hl„mu> II i
^r(£) V I4
®X‘" ”ИИ
___[_4>Z_________V
1J8 15 PT(. 16 IV IV
Kw I®, Sol 1 Ьг?/2
я
I X4V ” 'г iz ' г1,ш№ zo ?u
li 1r® da T lgn£> dri Unfc) Ir® dH к,
V 13,15 It 13 14 /3 И IS
1 z
Рис. 25. Логическая схема алгоритма
ботку информации, .непосредственно связанную с работой ног, средняя — с работой рук, верхняя — с оценкой обстановки по зрительно-пространственной информации. Введение многострочечной записи потребовало ввести специальный оператор «команда перехода на другую строку» (символ’Ц1 )•
Знак со под о означает, что оператор (группа операторов) действует на протяжении выполнения всей операции практически непрерывно.
Знак суммы (Si, S2 и т. д.) объединяет комплекс членов алгоритма, который как целое неоднократно повторяется.
Цифра в кружке в конце стрелки 1Ц@|3 означает, что по этой стрелке следует работать на том шаге проверки логического условия, за которым стоит начало соответствующей стрелки ( f1 f3 ). Например, если скорость недостаточна для обгона ( Уом=1), то в начале согласно стрелки 13tOi13 производится нажим на педаль газа (Рг(+)(е) ). Если после этого по-прежнему VoM=l, то нужно, уже не возвращаясь к Рг(+)(е), по стрелке 13f,3,f@ проверить, включена ли высшая передача (г).
Знаки Л2 и т. д. означают «оператор аварийного перехода» и записываются под теми или иными содержательными операторами. Они играют роль стрелок в случаях, когда соответствующий оператор отказал в работе. Например, в случае отказа ножного тормоза согласно At надо действовать ручным тормозом. Если отказал и ручной тормоз, то согласно Л2 производится переход на поисковый канал и путем умозаключения принимается определенное нестандартное решение.
Ввиду того что в алгоритме могут быть сложные логические условия, связанные определенными логическими связями («и», «или», «не»), («если... то»), при записи схемы могут употребляться соответствующие символы формальной логики: &, V.—
Приведенная выше операторная (стрелочная) запись алгоритма рабочего процесса является исходной формой для вычисления ряда количественных оценок, имеющих психофизиологический смысл.
Количественные оценки могут относиться как к каждому шагу алгоритма, так и к алгоритму в целом. Первая группа показана в графах 5-—13 табл. 12. Вероятности исходов в данном случае имеют не статистический смысл, а смысл психофизиологического ожидания того или иного исхода. Среднее количество информации рассчитывается по К. Шеннону. Индивидуальная информация рассчитывается по Г. Голдману, где Рг- —вероятность реализации г-го исхода логического условия. Оценка эмоциональной напряженности производится по выводам В. Л. Марищука (4963 г.).
Меры, характеризующие те или иные психофизиологические
151
Таблица 13
Количественные оценки (меры) психофизиологических особенностей рабочего процесса
| № П/П.1 Оценки (меры) Формула Значение переменных Предполагаемый психофизиологический смысл Примечание
А. По полному алгоритму
1 Число разных афферентных операторов Операторы — 1, 2, Лй (афферентные) 3,
2 Число разных эфферентных операторов Операторы — ,1, 2, /-й (эфферентные) 3, Объем необходимых знаний (навыков)
3 Число разных логических условий всех видов Nt Логические условия 1, 2, 3, .... к-ое —
4 Относительное число разных членов в алгоритме * Na+N^Nt Ns N =. г- . e Na+ N,= 1 N^+N^-Nt Указание на преобладающий тип деятельности
Б. По фактически реализующимся алгоритмам
5 Число разных вариантов протекания (реализации алгоритма) Формально N,a =2 z, практически меньше. Требуется уточнение по наблюдениям со—1, 2, 3, со-й вариант реализации алгоритма
Продолжение
п/п.1
Оценки (меры)
Формула
Значение переменных
Предполагаемый психофизиологический смысл
Примечание
6 7 Средняя энтропия вариантов реализации алгоритма Показатель неравномерности распределения вариантов <0 Нт= — 2 P<,log2Ru СО = 1 Д =77 (max) /7 * 1 (0 J 1 (и Р<ч—частота встречаемости со-го варианта H(o(max) = _iog2(u Степень неопределенности ожидания вариантов реализации ал-горитхМа
В. По среднему (типичному), минимальному или максимальному варианту реализации алгоритма
8 9 10 11 СЛ Средняя энтропия афферентных операторов Средняя энтропия эфферентных операторов Средняя энтропия логических условий всех видов Показатель неравномерности распределения афферентных операторов in i(a)=l — 2 PXe)10g2P7(e) Л7=1 к ^z=-2^(0iogA(/) К = 1 Да =77<тэх> -77а Р /(а)—частота 1, 2, 3, z-ro вида афферентного оператора Р/(е)—частота 1, 2, 3, /-го вида эфферентного оператора PfM—частота 1, 2, 3, к-го вида логического условия
«а» СП
с |= S Оценки (меры) Формула
12 Показатель неравномерности распределения эфферентных операторов As; = 77e(maX>-77e
13 Показатель неравномерности распределения логических условий Az^H/max>-77z
14 Суммарное число членов алгоритма всех видов Д^л^ + л^+М'
15 Общее среднее время реализации алгоритма (мин.) т
16 Суммарная динамическая интенсивность работы v=-т
17 Эфферентная динамическая интенсивность лг/ le
18 Афферентно - логическая динамическая интенсивность iz V a,l = " Za,l
П родолжение
Значение переменных Предполагаемый психофизиологический смысл Примечание
Wa1—число афферентных операторов (общая сумма) с учетом встречаемости, We1—число эфферентных операторов, N 1 число логических условий Степень неопределенности ожидания разных членов алгоритма
те—время, затрачиваемое на эфферентные действия т а, 1—время, затрачиваемое на афферентные действия и принятие решений Общая характеристика скоростной напряженности работы Характеристика скоростной напряженности эфферентной деятельности Характеристика скоростной напряженности афферентной логической деятельности
Оценки (меры)
Формула
19 Серийная скорость пе- о Нг
реработки формации средней ин- ~а,е
20 Показатель ности стереотип-
21 Показатель сложности логической
z= У р х
' п п
п= 1
т
L= У. Р X
‘ т^'-т
т = 1
22
Показатель эмоциональной напряженности
П родолжение
Значение переменных Предполагаемый психофизиологический смысл Примечание
Яе—сумма средних энтропий всех шагов рабочего процесса Информационная характеристика скоростной напряженности и логической деятельности
Хп(°)—число операторов в группе по 1, 2, 3,..., п операторов Рп — частота таких групп Характеристика степени стереотипности рабочего процесса
число логических условий в группе 1, 2, 3, т логических условий Рт— частота таких групп хг—число баллов (1, 2, 3, г), оценивающих член алгоритма Рг~частота таких членов Характеристика степени сложности логической переработки информации и динамичности рабочего процесса Обобщающая характеристика эмоциональной напряженности рабочего процесса При четком выделе-лении поисковых логических условий аналогично рассчитывается показатель сложности поисковой активности
СП о
Рис. 2'6. Кинематический график алгоритма
особенности алгоритма рабочего процесса в целом, представлены в табл. 13. Они делятся на две основные группы: получаемые при анализе полного алгоритма и при анализе вариантов реализации алгоритма. Дело в том, что логическая схема алгоритма рабочего процесса, подобная описанной выше, объединяет все предусматриваемые варианты деятельности. Фактически каждый реализующийся на практике рабочий процесс представляет собой один из возможных вариантов. Целесообразно рассчитывать меры для какого-то наиболее типичного, а также максимально и минимально трудных вариантов. Наблюдения за реализацией рабочего процесса удобно проводить, используя как трафареты, карточки с записью алгоритма в форме кинематического графика (рис. 26).
В результате применения методов профессиографии и алгоритмического анализа трудовой деятельности должны быть сделаны заключения и выводы по трем вопросам.
1. Определение места данной трудовой деятельности по классификационной таблице.
2. Предварительное заключение о «слабых звеньях» в рабочем процессе и возможных путях повышения эффективности труда.
3. Психофизиологические качества, способствующие успешному овладению данной специальностью и эффективному выполнению обязанностей, а также оказывающие отрицательный эффект.
На основе этой таблицы выявляются требования, которые необходимо предъявлять к кандидатам в процессе профессионального психофизиологического отбора.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ
1. возможности МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ЧЕЛОВЕКА
Особое место в военно-инженерной психологии принадлежит проблеме моделирования психофизиологических функций человека. Эта проблема имеет большое значение как для более глубокого изучения психической деятельности воина, так и для использования психофизиологических принципов при построении технических средств военного назначения. Вовто-ром случае речь идет о создании некоторых аналогов психофизиологических функций человека в виде математических и физических моделей.
Как известно, человек обладает рядом преимуществ перед, машинами, хотя и уступает им по некоторым параметрам. Задача сводится к тому, чтобы максимально использовать в технических устройствах преимущества как человека, так и машины.
Необходимость моделирования психофизиологических функций человека в военной практике связана с обстоятельствами современной войны: действие сверхраздражителей; дефицит информации и времени; возникновение опасных ситуаций; функционирование в сложных физических средах; все возрастающий уровень автоматизации управления войсками и боевой техникой и т. д.
На данном этапе развития науки и техники машинам передаются хорошо изученные функции человека: технологические, энергетические, транспортные и лишь частично поддающиеся формализации собственно психические управляющие' 158
функции. Ныне возникает потребность расширить круг управляющих задач, возлагаемых непосредственно на машины.
Множество такого рода задач можно разбить на два больших класса: 1) информационно-познавательные; 2) предмет-но-управляющие. К первому классу задач военно-прикладного характера относятся задачи, связанные с познанием внешней среды — получением и обработкой разведывательной информации, обеспечением ориентировки беспилотных носителей, диагностикой неисправностей в радиоэлектронной аппаратуре, обнаружением подводных лодок ,по их шумовым характеристикам и др. Ко второму классу относятся задачи, связанные с воздействием на внешнюю среду и отдельные объекты в ней—управлением летательными аппаратами, наведением (самонаведением) снарядов и ракет, и др. Нетрудно видеть, что задачи обоих классов тесно связаны между собой.
Как показали многочисленные исследования, эффективность решения указанных операций машинами может быть повышена за счет реализации в них некоторых психофизиологических особенностей человека. В настоящее время это возможно с помощью создания автоматизированных систем управления, в которых наиболее творческие и ответственные управляющие операции возлагаются на человека-оператора, а ряд информационных и исполнительных функций —на автоматы, реализующие определенные психофизиологические функции. Подобного рода системы, в частности, разрабатываются для управления войсками и действия в сложных средах (в космическом пространстве, на поверхности других планет, на больших глубинах в водной среде).
В основу построения таких систем, включающих непримитивные автоматы, могут быть положены следующие позиции: а) анализ характера психофизиологических моделей, на которых основывается деятельность человека; б) формальное описание психофизиологических функций человека при решении соответствующих задач и построение математических моделей (цифровых или аналитических); в) создание физических моделей и экспериментальная проверка их в различных условиях, Рассмотрим перечисленные позиции.
Понятие содержательных моделей
Психика человека представляет собой сложную систему активного отражения внешней среды. Эта система является самообучающейся и самонастраивающейся, опирающейся на многоэтажные программы (Н. М. Амосов, 1965). В функционировании человека как системы могут быть выделены три основных уровня: клеточный, подкорковый и корковый. На каждом уровне действуют свои подсистемы, работающие по сложным программам. На клеточном уровне такими подсистемами 159
являются нейронные. Управление нейронными подсистемами осуществляется химическими, эндокринными, нервно-вегетативными и нервно-соматическими механизмами. На подкорковом уровне действует несколько качественно отличных друг от друга подсистем, общим для которых является использование жестких программ безусловно-рефлекторного характера. Здесь функционирует подсистема эмоций. На корковом уровне все множество подсистем может быть сведено к двум: постоянным, врожденным и временным, условно-рефлекторным связям первосигнального и второсигнального характера.
В основе функционирования программ психики лежит сложная система управления. Основные черты биологических сложных систем управления были раскрыты в рамках исследований физиологии активности 1 и при построении теории функциональной системы2.
Кратко сформулируем их:
а) управление в биологических системах есть процесс формулирования и решения задачи, сформировавшейся в результате сопоставления воспринятой информации с прошлым опытом и потребностями системы;
б) уяснение задачи и оценка ситуации включают планирование и предвосхищение результатов предстоящих действий системы в виде построения «модели потребного будущего» (акцептор действия);
в) процесс решения задачи выражается в формировании программ действий (алгоритмов), а именно: состава «операторов», их настройки и порядка применения;
г) анализаторы биологических систем обеспечивают полное, синтетическое и предметное отображение внешней среды (афферентный синтез);
д) в ходе решения задачи идет непрерывный процесс саморегуляции поведения системы за счет функционирования обратных связей (обратная афферентация о результатах действия системы).
Как видно, рассмотренная система управления опирается на формирование моделей, отражающих внешнюю среду и обеспечивающих программирование действий.
Модели внешнего мира формируются на подкорковом и корковом уровнях. В первом случае возникают так называемые сенсорные, во втором — перцептивные модели. Сенсорные модели связаны с переводом (кодированием) внешних раздражений на алфавит нервных импульсов; перцептивные моде
’ См. Н. А. Бернштейн. Очередные задачи нейрофизиологии в свете современной теории биологической активности. «Вопросы психологии», № 4, 1966.
2 См. П. К. А и о х и и. Теория функциональной системы как предпосылка к построению физиологической кибернетики. Сб. «Биологические аспекты кибернетики». М., Изд-во АН СССР, 1962.
160
ли—с обратным переводом нервных импульсов на алфавит предметного изображения внешнего мира1.
Общими закономерностями формирования этих моделей являются следующие:
а) активный процесс отражения сигналов внешней среды на основе функционирования замкнутых систем временных связей различного уровня, включая обратные связи по управлению этим процессом;
б) структурно-фазный характер восприятия, особенно в затрудненных пространственно-временных условиях;
в) непрерывное взаимодействие в процессе восприятия перцептивно-поисковых действий, направленных на обследо* вание внешней среды, и опознавательно-информационных;
г) использование некоторых эвристических механизмов (упреждающее планирование, расчленение пространства признаков на подпространства, динамический характер процедуры перебора признаков, выработка опознавательных алгоритмов в ходе решения задачи и др.) при восприятии сложных пространственно-расчлененных ситуаций;
д) стадийный характер формирования моделей;
е) переход к новым алфавитам оперативных единиц восприятия, как правило более укрупненным и экономичным, с последующим их семантическим кодированием в ходе обучения (самообучения).
Перцептивную модель можно рассматривать как сигнал-код, в идеальном случае связанный изоморфными отношениями с источником информации, имеющий характер психического изображения2. Важнейшими свойствами этой модели являются предметность и структурная целостность, обеспечивающие обобщенное отражение пространства и оптимизацию поисковых действий при глубоком его анализе. Константность обеспечивает инвариантность психического изображения.
Важно подчеркнуть, что в модели используется иерархическая система признаков, на наш взгляд, имеющая лингвистический характер. Можно предполагать, что она включает переменный алфавит оперативных единиц восприятия, множество отношений между единицами разного уровня и определенный словарь понятий. В то же время надо иметь в виду, что понятие перцептивной модели шире, чем образ, так как включает в себя не только «отражательные», но и динамические компоненты.
Модели принятия решения в проблемных задачах и программирования действий носят название концептуальных. За-
1 См. В. П. Зинченко. Теоретические проблемы психологии восприятия. Сб. «Инженерная психология». М., Изд-во МГУ, 1964.
2 См. Л. М. В е к к е р. Восприятие и основы его моделирования. Л., изд-во ЛГУ, 1964.
Ц Военная инженерная психология
161
кономерности их формирования, структура и взаимодействие с перцептивными моделями далеко не изучены.
Видимо, в основе формирования и функционирования концептуальных моделей лежат эвристические принципы: детерминированность поведения конечной целью, широкое использование операций планирования различного характера, иерархически-поисковая структура решения задачи, самопрограммирование и выработка алгоритмов на основе оценки ситуации, быстрое принятие решения без перебора вариантов. Основными механизмами регулирования процесса поиска являются операции сличения ситуации с ранее сформулированными гипотезами, прогнозирования замысла и жесткого или динамического планирования ’. В работах В. Н. Пушкина подчеркивается, что одной из основных особенностей человеческих эвристик является самопрограммирование и выработка алгоритмов в ходе решения задачи1 2.
С этих позиций процесс решения нетривиальных проблемных задач можно рассматривать как складывающийся из определенных этапов-операций:
1) уяснения конечной цели;
2) расчленения общей задачи (цели) на ряд составляющих задач в соответствии с намеченными проблемными ситуациями;
3) упреждающего планирования на основе уяснения задачи;
4) анализа и оценки ситуации на каждом уровне решения задачи;
5) принятия решения, которое в зависимости от типа задачи может иметь дедуктивный, абдуктивный, индуктивный или прогнозическип характер;
6) проверки и реализации подцели, перехода на другой уровень;
7) выхода на конечную цель и ее реализации.
В ходе решения подобного рода задач и происходит формирование концептуальных моделей различного уровня.
Психологические модели обучения, включающие алгоритмические и эвристические закономерности усвоения знаний и формирования навыков, начали изучаться в самое последнее время3. Основой процесса обучения является формирование умения правильно решать задачи, не встречавшиеся ранее. Большое значение имеет изучение механизмов оптимизации усвоения информационных и умственных действий4.
Список психологических моделей может быть продолжен.
1 См. О. К. Тихомиров. Эвристика как проблема психологии мышления. Сб. «Психологические исследования». М., изд-во МГУ, 1968.
2 См. В. Н. Пушкин. Оперативное мышление в больших системах. М.—Л., изд-во «Энергия», 1965.
3 См. Л. Н. Л а н д а. Алгоритмизация в обучении. М., изд-во «Просвещение», 1966.
4 См. П. Я. Гальперин. Развитие исследований по формированию умственных действий. Сб. «Психологическая наука в СССР», т. I, М., 1959. 162
Однако мы считаем, что рассмотренные модели являются основными. Они описаны лишь качественно. Вскрыты их структура, закономерности и этапы формирования. Одни из них опираются на обширный экспериментальный материал, Другие носят гипотетический характер. Все эти модели целесообразно называть содержательными.
Содержательные модели, в сущности, представляют программу дальнейших работ по формальному описанию непри-митивных человеческих функций. Они являются образцом, критерием для оценки существующих и разрабатываемых технических моделей, так как целью моделирования служит возможно более полное соответствие функциональных структур создаваемой модели и биологической системы этого же назначения.
Следует, однако, заметить, что в принципе поиск и использование более экономичных, более технологичных или вообще более выгодных в каком-то отношении решений (по сравнению с биосистемами) имеют большое значение. Однако эти решения всегда касаются только частных, узкоспециальных функций человека или животного. В том же случае, когда речь идет о системе функций, о функциональных структурах, их более или менее полное соответствие с функциями человека является весьма желательным, если не сказать обязательным.
Характеристика формальных моделей
Все формальные модели психофизиологических функций можно разделить на монотипные (предпрограммированные) и генотипные (вероятностные, эвристические)
Монотипная модель связана с моделированием одной психофизиологической функции и характеризуется неизменностью составляющих элементов или реализуемой функции, то есть полным отсутствием неопределенности. Монотипная модель соответствует разомкнутой системе с жестким управлением. Их недостатком является то, что они не могут приспосабливаться к изменениям внешней среды и задач, решаемых в этой среде.
Генотипные модели отличаются от монотипных тем, что в них моделируется не какая-то заданная частная психофизиологическая функция, а класс таких функций. Генотипная модель описывает свойства всех систем, подчиняющихся заданным законам организации, а не какой-то отдельной конкретной системы. Она строится не в виде детально разработанной логической функции, а в форме множества алгоритмов, поро-
1 См Ф. Р о з е н б л а т Принципы нейродинамики. М., изд-во «Мир», 1965.
||- 163
ждающих некоторый класс физических моделей. Структура генотипной модели определена лишь 'частично. Наряду с принципом детерминированности широко используются вероятностный или эвристический принципы. Характерно, что в отличие от монотипных моделей, где функциональные свойства моделей постулируются в виде исходных данных, в генотипных моделях они получаются как результат.
Очевидно, генотипные модели более применимы в сложных, заранее не определенных условиях, где возникающие неопределенности требуют решения новых задач. Все это очень важно для военной практики. Поэтому в дальнейшем, не отвергая вообще монотипного подхода и оставив на его долю отдельные, частные функции, следует сосредоточить все внимание на создании генотипных моделей, в составе которых функционируют монотипные. Речь идет, таким образом, о разумном сочетании детерминированного и вероятностного, алгоритмического и эвристического подходов в процессе моделирования.
В данной работе специально не рассматриваются структурные и функциональные модели формальных нейронов, разрабатываемые в нейрофизиологии и нейрокибернетике, ибо связи между чисто физиологическими моделями и собственно психологическими в настоящее время далеко еще не выявлены и путь формирования последних через систему нейронов крайне сложен. Поэтому в дальнейшем изложении речь пойдет главным образом о моделировании на уровне информационных процессов с учетом некоторых принципов функционирования нейронных сетей.
Модели зрительного восприятия и опознания
Из числа формальных моделей психофизиологических функций наиболее широкое распространение в настоящее время получили модели распознавания зрительных образов. Они лежат в основе создания читающих и опознающих автоматов и имеют наибольшее значение для военной практики.
Среди множества математических и физических моделей такого типа можно выделить два класса: предпрограммиро-ванные модели монотипного характера и вероятностные модели, к которым относятся собственно — статические и самообучающиеся— перцептронные. На базе этих математических моделей разработан ряд методов автоматического опознания образов и опознающих устройств, в том числе с исполнительными функциями.
Рассмотрим модели первого класса. Наиболее простой из них является цредпрограммированная модель, основой которой служат допущения о непересечении областей объектов в 164
пространстве признаков и пренебрежимо малом уровне шумов. В такой модели задаются:
а) алфавит распознаваемых объектов: конечное множество
{A,.}, (/=1,2,...,/И);
б) список признаков, которыми обладает каждый объект:
{Хк}, (k=1,2,...,/V);
в) множество градаций каждого k-ro признака:
{Xf}, (/=1,2,...,/?).
Определяются априорно и остаются неизменными:
г) алгоритм развертки на входе системы;
д) алгоритм описания объектов;
е) алгоритм опознания.
Задача сводится к отнесению некоторого объекта на о -нове полученной его реализации bj(х\х2,...,xN) к какому-либо классу объектов. Подобного рода модели лежат в основе устройств, работающих по принципу сличения опознаваемого объекта с шаблоном.
Вероятностные модели, разрабатываемые на основе статистической теории опознания1 2 и в русле исследований по программе «Перцептрон»2, обладают большими возможностями.
Основой построения статистической теории опознания служат следующие положения:
а) математическая модель носит статистический характер ввиду случайной природы объектов, наличия шумов;
б) априорно задаются:
— алфавит объектов
{А,|, (/=1,2,..../И);
— распределение вероятностей классов объектов
{Р(А;)}, (/=1,2,..., М);
— список фиксированных признаков, которыми характеризуется любой объект алфавита
{Хк\,
1 См. Ю. Л. Барабаш, Б. В. Барский, В. Г. Зиновьев, В. С. К и р и ч е н к о, В. Ф. С а п е г и н. Вопросы статистической теории распознавания. М., Изд-во «Советское радио», 1'967; Г. С. Себе с тиа н. Процессы принятия решений при распознавании образов. Киев, изд-во «Техника», 196'5; и др.
2 Р. Розен блат. Принципы нейродинамики. М., изд-во «Мир», 1965; В. М. Глушков. Введение в кибернетику. М., изд-во АН УССР, 1964; и др.
165
— распределение вероятностей значений признаков для каждого класса в дискретном случае:
Л
P{Xk!AiY ^P&fjA^X, l=\
где {Х[К} —совокупность градаций признака
(при наличии статистической связи между признаками задаются совместные распределения
N
р(Х...Xk'A^pI и ХК!А^-
к=1
—алгоритмы активности, рецепции, опознания.
Задача опознания заключается в указании класса для всех объектов алфавита с помощью статистического метода при использовании априорных данных.
Обобщенная структурная схема статистической модели опознания изображена на рис. 27.
УС- устройство сравнения
| । р3-решающий момент
'Память I
1 1 У8-устройство вывода
Рис. 27. Структурная схема статистического опознающего автомата
В существующих статистических опознающих автоматах воспринимающее устройство (ВУ) преобразует воспринимаемые световые и другие сигналы ;в электрические. ВУ осуществляет функцию выделения и измерения значений признаков поступающих сигналов и их кодирование. Нередко в качестве ВУ используются передающие телевизионные трубки или ЭЛТ с «бегущим лучом».
1 Здесь и далее используются символы теории множеств,- Х-В обозначает принадлежность элемента (х) множеству В; UBK обозначает объеди-
К
нение множеств Вк; символ пВк обозначает пересечение множеств Вк, к
то есть множество тех элементов, которые содержатся в каждом изданных множеств Вк .
166
Наиболее важными в модели являются принципы работы устройства сравнения (УС) и решающего элемента (РЭ).
УС обеспечивает сравнение выделенной реализации с описаниями всех классов объектов (эталонами), определение степени совпадения описания реализации e,{-V}> (к=
с этими эталонами и количественную оценку совпадения.
Последняя может иметь вид распределения апостериорных вероятностей гипотез, распределения корреляционных коэффициентов и т. п. Основой для вычисления апостериорных вероятностей гипотез служит формула Байеса:
Р(Л).Р(^/Л)
Z=1
где P(Ai/'bj) —апостериорная вероятность гипотезы о принадлежности / реализации к z-му классу объектов;
Р(А z)—априорная вероятность предъявления объекта i-то класса;
P(bj/At) — условная вероятность предъявления / реализации z-го класса.
Конструктивно УС могут представлять собой функциональные электронные блоки, оптические корреляторы и т. и.
Блок памяти предназначен для хранения программ, исходных, промежуточных и конечных данных.
РЭ осуществляет отождествление предъявленной реализации с одним из классов объектов в соответствии с принятыми правилами решения и критериями опознания. Решающее правило определяет деление множества В реализаций данного алфавита на ряд подмножеств В ,, число которых
М Л1+1
равно числу классов М. При этом Q =0... или f) В~ Z=1 Z=1
0 ..J, если есть область неопределенности. Множество В и подмножества В,- представляются М-мерным пространством признаков Vn, в котором выделены области Bz. Каждой точке Кд' соответствует реализация b j. Правило разделения областей Bz в пространстве VN соответствует гиперповерхности для непересекающихся В;, определяемой по формуле
М
Р^В^У^А^Р^А^О. (2)
z=i
м
Условие П В. = 0 в общем случае не выполняется, и Z=1
1 Символ 0 обозначает пустое множество.
распределения частично перекрываются. Для двух классов Л1 и А2 и заданных распределений fi(x} и f2(x) зт0 вызывает ошибки (рис. 28) двух родов:
оо
А(^)= при х<х0;
х0
х0
А(^)= J/гХКп х£В2 при х>х0, (3)
—оо
где х0 — заданный порог.
В более общем случае, если распределения fi(X) и ^(Х) многомерны — X = {xi, х2, ..., х,у), принятие решения dr, или d2; Х~В2, обусловленное выбором гиперплоскости, делящей пространство признаков на Si и В2 области, будет вносить ошибки с вероятностями:
Рх(е)=р^А2)= ... j/2(xi, x2,...xi\')dxidx2...dxx; 1
р1 (4)
p2(e)=p(d2/Ai)=>j J ... \ifi(xi,x2,...xN)dxx,dx2...dxN,
Рис. 28. Ошибки опознания при пересечении распределений признаков объектов fi(x) и fz(x)— плотности априорных распределений вероятностей признаков первого и второго классов объектов
При этом среднее значение ошибки при заданных Р(Л1) и Р(А2) будет определяться выражением
р(е)=Р(А1)-р(е)А-Р(А2)-р2(е). (5)
168
Задача состоит в том, чтобы разделить пространство Улг на области В,- некоторым оптимальным образом. В основу берут критерии, минимизирующие среднюю ошибку опознания каждого класса или риск опознания. Критерии выбираются в зависимости от условий, исходных данных и требований к соотношению
Р&) и р2(е).
Структурно РЭ представляет собой сложное вычислительное устройство. После принятия решения УВ выдает результаты классификации в заданном виде — световых сигналов, текста и т. д.
Существенным недостатком статистической модели опознания является слабое соответствие ее содержательным: перцептивным моделям. Как видно из изложенного, она не обеспечивает логики поиска объектов опознания, управление процессом восприятия, не учитывает стадийность этого-процесса, закономерности его минимизации, переход к другим алфавитам в процессе решения опознавательных задач, использование косвенных признаков и т. д. Что касается воспринимающих устройств, то они далеко уступают рецептору зрительного анализатора по количеству чувствительных элементов (примерно в 104 раз), по объему долговременной памяти, по надежности.
Все это обусловило следующие отрицательные черты: статистической модели опознания: большие требования к. априорным данным; фиксированность всех алгоритмов;, разомкнутость контура управления; пренебрежение вопросами нормализации, компенсации возмущений, выделения' устойчивых, инвариантных признаков; пассивный характер-обучения.
Как было сказано, разновидностью вероятностных моделей является самообучающаяся модель перцептронного типа. Статистическая модель подобного характера обладает рядом1 особенностей: а) структура модели не задана, определен лишь закон ее организации; фактически структура модели”, представляет класс систем, порожденных множеством алгоритмов; б) свойства элементов каждой системы аксиоматически не заданы, их функции определяются вероятностным образом; в) математическим аппаратом этой модели служит теория вероятностей, ибо символическая логика оказывается: громоздкой и неприменимой; г) функциональные свойства’ модели (алгоритм) выступают как конечная цель, а не как: исходные данные.
Структура перцептронной модели, в известной мере реализующей указанные выше особенности, определяется циклами следующих операций:
а) задано пространство стимулов W, воздействующих на.'
169"
слой S (сетчатку) сенсорных элементов (рецепторов), каждый из которых воспринимает сигнал С* (t) и выдает сигнал s;* (/) = +1, если Cw*t (t)>0/; где 0;— порог;
б) S-слой случайным образом соединен с Л-слоем, где оологический решающий элемент с входными и выходными связями; каждый о,- реагирует на совокупность С*;;И вырабатывает ay-*(t) = 4-1, если ЕС*у-г >07;
J
в) выходные сигналы a (I) умножаются на весовые коэффициенты Z, которые в процессе обучения изменяются так, что модель выдает максимальное количество правильных ответов;
г) затем суммарные сигналы подаются на /?-слой, состоящий из совокупности реализующих элементов г, . Если сумма сигналов на входе r-L -элемента превышает заданное пороговое значение, то на его выходе дается положительный ответ—г;*(^) об определении класса объекта.
Задача сводится к формированию у перцептрона «способности» к различению, классификации и обобщению предъявляемых образов. Это достигается с помощью обучения на специально подобранной последовательности обучающих стимулов и определения закона функционирования системы подкрепления.
На рис. 29 изображена структурная схема элементарного трехслойного перцептрона с последовательными связями, предназначенного для двух изображений.
Как видно, перцептрон представляет собой сеть S—А—7? элементов с переменной матрицей взаимодействия V, определяемой последовательностью прошлых состояний сети. Матрица V может изменяться под воздействием положительного или отрицательного подкрепления, определяемого внешней системой (оператором).
В настоящее время обучение машины сводится к формированию набора гиперплоскостей (разделяющих функций) между образами, подлежащими классификации. Для объяснения этого процесса обычно используется гипотеза о компактности образов в пространстве рецепторов1. Эта гипотеза предполагает, что точки, соответствующие изображениям одного образа, лежат в пространстве рецепторов, а также в пространстве признаков ближе друг к другу, чем к точкам другого образа. Такая гипотетическая концепция, как показали дальнейшие исследования, не учитывает должным образом действия помех и сложные взаимоотношения между образами.
Практически способности элементарных перцептронов невелики. Они ограничиваются, например, различением верти-
1 См. А. Г. Аркадьев, Э. М. Браверман. Обучение машины распознаванию образов. М., изд-во «Наука», 1964.
170
Рис. 29. Структурная схема элементарного трехслонного перцептрона
кальных и горизонтальных полос. Недостатками названных систем являются: огромное число элементов, длительное время обучения, отсутствие способности к переносу характеристик на новые стимулы (чувствительность к преобразованиям), отсутствие способности анализа сложных ситуаций путем расчленения их на более простые и установления иерархии между ними.
Перечисленные недостатки в меньшей степени присущи’ перцептронам с более сложной топологической структурой, с несколькими A-слоями и перекрестными связями. Такие системы обладают большей способностью к обобщению, причем их объем и время обучения несколько уменьшены.
В США создан ряд физических моделей перцептронного типа и на их основе — опознающие системы: «Магк I, II», пандемониум Селфриджа, мадалин Уидроу, «Conflex I» и др., в первую очередь предназначенные для военных целей1. По американским данным, «Магк I» после обучения способен выделять и опознавать печатные буквы, простые геометрические фигуры и другие одиночные объекты жесткой конфигурации. Были попытки использовать подобные машины: для решения военно-разведывательных задач. Однако эти системы обладают незначительной памятью, несовершенной схемой соединения чувствительных элементов и ячеек связи, низким быстродействием в целом. Они опознают объекты лишь с точно очерченными параметрами. В настоящее время опознающие машины опознают сложные изображения значительно медленнее человека или вообще не опознают. В работе М. М. Бонгарда правильно подчеркивается парадоксальная картина: «...Машина делает 10 тыс. операций в секунду, нейрон около 10 операций в секунду, но мы узнаем наших знакомых в лицо спустя долю секунды, а машина 20 секунд узнает букву «а»2.
С психологической точки зрения общим недостатком программы «Перцептрон» прежде всего следует считать преувеличение роли случайности, статистичности за счет организованности, детерминизма. Это противоречит общим закономерностям восприятия человека, которое является организованным, целенаправленным и избирательным процессом, что,, разумеется, не исключает вероятностных аспектов восприятия.
Кроме того, в перцептронах остались нерешенными и> другие психологические вопросы, начиная с выделения фи
1 См. В. П. С о ч и в к о. Электронные опознающие устройства. М.-Л.г изд-во «Энергия», 1964.
2 М. М. Б о н г а р д. Моделирование процесса обучения узнаваник» на универсальной вычислительной машине. Сб. «Биологические аспекты кибернетики». М., изд-во АН СССР, 1962.
172
гуры из фона и кончая определением отношений между объектами. Здесь не учитываются структурно-фазные особенности восприятия и его эвристические механизмы.
Все эти недостатки перцептронов указывают пути их усовершенствования. В частности, в работе Ф. Розенблата (1965 г.) указывается на необходимость специального исследования механизмов сенсорного анализа, обеспечивающего выделение отдельных свойств объектов: яркости и цвета; контура; кривизны углов, пересечений, разрывов; пятен, текстуры; движения объектов. Как видно, все эти меры сводятся к усложнению организации перцептронов, к уменьшению роли случайного.
Излишний крен в сторону статистичности и пренебрежение организацией и инвариантностью в той или иной степени присущи всем «классическим» вероятностным моделям опознания.
Как видно, общим недостатком всех этих моделей является слабое соответствие их процессам восприятия человека как на уровне приема, так и на уровне переработки визуальной информации. Причем обычно весь ансамбль процессов восприятия сводится лишь к опознанию. Существующие системы и устройства в целом не обеспечивают построения рассмотренной выше содержательной перцептивной модели как средства управления восприятием и действием. Тем не менее рассмотренные модели могут быть использованы для решения частных технических задач военно-прикладного характера.
Ближе к содержательным психологическим моделям отражения внешней среды подходят некоторые «лингвистические» формальные модели, разрабатываемые в последние годы1. Речь идет об использовании специальных «искусственных», абстрактных языков в целях кодирования воспринимаемых элементов, связей и отношений между ними при построении внутренней модели ситуации. Указанные работы составляют новое, психологически более обоснованное направление общей теории автоматического опознания. Однако до настоящего времени не описана процедура формирования лингвистической модели сложного изображения и управления восприятием с ее помощью. Обычно и эти модели имеют весьма схематизированный характер.
Мы считаем, что в перспективных технических .моделях восприятия в большей степени должны воспроизводиться принципы работы зрительного анализатора человека, его возможности к выделению инвариантных признаков и способности к
1 См., например, R. Narasitnhan. Labeling Schemdta and Syntactic Description of Pictures. Inf. Control, 7, 2, 1960; M. M. Бонгард. Проблема узнавания. M„ изд-во «Наука», 1967 и др.
173
решению структурных, перцептивных задач (к анализу сложных изображений). Это — путь к оптимизации воспринимающих устройств на данном этапе. Ниже приводятся результаты выполненных в этом отношении разработок, в которых принимали участие и авторы данной книги.
Выполненные исследования показали, что перцептивно-опознающая автоматическая система должна иметь универсальное устройство ввода; сложную структуру, включающую ряд формальных моделей, в той или иной степени соответствующих психологическим содержательным моделям; опираться на иерархический искусственный язык, основанный на элементах теории множеств, и ассоциативно-списковую память, обеспечивающую построение внутренней модели внешней среды в целом. Для таких систем свойственны определенная детерминированность функционирования воспринимаемыми структурами и известная эвристичность, выражающаяся в многоуровневом решении задачи и самопрограммировании процесса. В самом общем виде перцептивно-опознающая система должна включать подсистемы рецепции, локального анализа статистически однородных областей и смыслового анализа ситуации. В процессе работы системы выделяются и описываются яркостные элементы, текстурные формы, статистически однородные участки и строится общая внутренняя модель внешней ситуации.
Исходная рецепторная подсистема должна состоять из воспринимающего устройства и набора частных формальных моделей элементов сетчатки—рецептивных полей (РП).
Для дальнейшего повышения надежности, точности и быстродействия опознающих автоматов желательно, чтобы их воспринимающие устройства моделировали следующие свойства сенсорного звена зрительного анализатора: а) многоэлементную структуру и многоканальное функционирование сетчатки; б) дифференцированное функционирование центральной и периферической частей сетчатки и некоторых рецептивных полей внутри них; в) селективный поиск объектов с использованием различного разрешения; г) дезадаптирующие микродвижения глаз, типа тремора; д) фильтрацию, препарирование сигналов и выделение элементарных признаков зрительной информации; е) принципы первичного перекодирования зрительной информации; ж) принципы использования обратной связи для управления обзором.
В настоящее время не все указанные особенности зрительного анализатора могут быть моделированы либо из-за недостаточной их изученности, либо из-за технической сложности их реализации, однако ряд преимуществ глаза может быть использован уже сейчас.
В частности, в работе А. М. Халфина и И. В. Еременко предложен оригинальный вариант электронной модели зри-174
тельного анализатора1. Эта модель основана на использовании электронно-оптического преобразователя (ЭОП) в сочетании с перемещением электронного изображения и на применении стекловолоконной оптики. На фотокатоде ЭОП создается действительное электронное изображение поля зрения, которое фокусируется на слой малоинерционного люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность стекловолоконной планшайбы. Вырабатываемые генераторами ступенчатые токи с помощью отклоняющих катушек перемещают изображение относительно планшайбы. К планшайбе прилегает жгут из стекловолокон, имитирующих центральную ямку сетчатки. Стекловолокна передают изображение с очень малой потерей света на сетчатку, а затем в счетно-решающие блоки, где происходит сравнение с эталонными изображениями. Для слежения за контуром при описании изображения введена обратная связь. В данном входном устройстве в известной мере моделируются многоканальное функционирование сетчатки; работа периферического зрения, обеспечивающего быстрое наведение на объект поиска при малой разрешающей способности сетчатки; работа центрального зрения, обеспечивающего детальный обзор выделенных участков; действие тремора и т. и. Параллельная работа n-рецепторов центральной ямки при прочих равных условиях позволяет сократить время восприятия в п раз. Возможны и другие варианты электронных моделей зрительного анализатора.
Так, введение в указанную модель счетно-решающих узлов, управляющих параметрами оптической системы, а также второго (идентичного) рецепторного блока и специальных устройств управления двигательными органами позволяет реализовать новые функции зрительного анализатора (ориентировку оптической оси и автоматическую фокусировку устройства на наблюдаемый объект) и моделировать функции стереоскопического зрения. Такие устройства способны работать с объемными объектами в трехмерном пространстве.
Как было сказано, в состав рецепторной подсистемы входят формальные модели РП, обеспечивающие первичную обработку сложного изображения, включая выделение сигнала из шума и описание (измерение) его в терминах вероятностностатистических характеристик распределения яркостей и контраста, а также текстурных элементов. В настоящее время разработан ряд формальных моделей, функционирующих в рамках одной модальности — яркости, реализующих некоторые психофизиологические закономерности, в частности, обмен
1 См. А. М. X а л ф н н, И. В. Еременко. К построению электронной модели зрительного анализатора. Сб. «Проблемы автоматического распознавания образов». Киев, нзд. КВАИУ, 11964.
175
чувствительности на разрешающую способность, автоматическую настройку РП на оптимальный режим и т. п. (В. П. Клевцов, 1968). Кроме того, предложена модель формирования движения в перцептивном пространстве для поиска и активного съема информации. Некоторые из разработанных моделей близки к функциональной модели элементов зрительной системы (от входа до уровня зрительного нерва), предложенной В. П. Зинченко и Н. Ю. Вергилесом (1967).
Вторая подсистема обеспечивает выделение более укрупненных признаков воспринимаемых стимулов, описание их на специализированном языке, анализ и опознание статистически однородных областей. Здесь используются те же модели РП.
Одной из трудных задач современной теории и практики автоматического опознания образов является выбор и использование инвариантных признаков объектов в условиях действия помех. Для опознания контурных объектов жесткой конфигурации в моделях рассмотренного класса могут быть использованы некоторые варианты топологических методов. Выполненный в ряде работ ', а также в наших исследованиях психологический анализ выделения и использования информативных признаков человеком-оператором при восприятии визуальной информации дает возможность утверждать, что наиболее перспективными для этих целей являются методы, основанные на преобразованиях признаков с целью формирования инвариантных структур.
Вариант такого метода предложен в работе Р. И. Виноградова1 2. Методика опирается на теорию подобия, в частности, на инварианты групповых преобразований с учетом взаимоотношений между отдельными инвариантными признаками. Вместо компактности образов в n-мерном пространстве рецепторов выдвигается идея о компактности сложных признаков (фрагментов образов) в n-мерном пространстве инвариантных признаков. Показывается, что практически является достаточным анализ сложных признаков в двух- или трехмерном пространстве. Увеличение размерности пространства признаков определяется степенью эффективности помех и их характером.
На основании рассмотренных теоретических положений предложена система описания контуров с использованием кортежа признаков, инвариантных к переносу, повороту, перспективно-подобным и перспективно-афинным преобразо-
1 См. В. А. Ганзен. Метод формирования первичного эталона контура. Материалы XVIII Международного психологического конгресса. Симпозиум 16. М., 1966; Р. М. Грановская. Теоретическая модель опознания контурных изображений. Там же.
2 См. Р. И. Виноградов. Опознавание контуров плоских геометрических фигур. Сб. «Проблемы автоматического распознавания образов». Киев. Изд. КВАИУ, 1964.
176
ваниям. В основе ее лежит динамическое использование длин и углов наклона прямолинейных отрезков контура и некоторых фигур, образованных ими.
При этом выделенные инвариантные признаки формируются в упорядоченные группы (сложные признаки) по z элементов, где з>1. Если имеется определенное множество инвариантных признаков, характеризующих опознаваемые образы, то описание любого из них может быть представлено в виде упорядоченной последовательности инвариантных признаков:
F=f<-r>, ^2; (6)
где pi — инвариантный признак;
п — общее количество признаков.
Это же описание можно представить в виде совокупности сложных признаков:
F=f <-^2; 1; 'r+i>2, (7)
КЛп—г + 1 —г + 1 • . • 'г1п>^п > п— г + 1.
Применение скользящего группирования инвариантных признаков сигнала, не снижая его информационной емкости, позволяет значительно повысить помехоустойчивость кодов, а также надежность их опознания за счет введения информационной избыточности.
В результате исследований был разработан алгоритм опознания плоских геометрических фигур, проверенный экспериментально на ЦВМ М-20.
Подсистема высшего уровня опирается на построение так называемых «корковых» моделей. Эта подсистема обеспечивает выделение сложных структур, их семантическое описание, с использованием узкоспециализированного языка, смысловой анализ ситуаций и опознание. Построение подобных подсистем является очень сложной и проблемной задачей в области моделирования процессов восприятия и опознания. Здесь должна полностью формироваться внутренняя модель, обеспечивающая отражение внешней среды и управление перцептивноопознавательными действиями более низкого ранга. В настоящее время исследования в основном ведутся в рамках первых двух подсистем.
Для решения сформулированных выше задач перцептивноопознавательные машинные программы должны учитывать эвристические компоненты восприятия у человека. Наши экспериментальные исследования, в частности, показали, что они должны иметь иерархическую структуру с подразделением на частные алгоритмы различного характера в соответствии с принятой лингвистической системой; широко учитывать качественную и количественную предынформацию о воспринимаемой ситуации; включать упреждающую стратегию загруб-12 Военная инженерная психология 177
ленного поиска объектов; обеспечивать сочетание анализа и синтеза при переходе от одного уровня исследования ситуации к другому; широко использовать систему обратных связей и др. 1.
При этом существенное значение имеет построение формальных моделей описания внешней среды и психических процессов, обеспечивающих ее отражение, на основе использования определенного априорно-заданного абстрактного языка, описывающего объекты внешнего мира и отношения между ними. Развиваемый выше психологический подход позволил
Рис. 30. Структура языка уровня j
подойти к «лингвистическому» описанию сложной ситуации. Общая структура языка для перцептивно-опознающей модели может быть представлена в таком виде (рис. 30):
а) множество А входных элементарных символов (алфавит) ;
б) множество R отношений между ними;
в) множество О комбинаций таких отношений (словарь эталонов);
г) множество смысловых значений W (словарь понятий);
д) соответствие G между множествами Q и W.
К этому надо добавить грамматику — множество способов выделения, анализа и описания элементов сложного изображения, а также аппарат перекодирования в машине.
Рассматриваемая лингвистическая система имеет иерархический характер. Степень ее сложности находится в прямой зависимости от специфики и сложности решаемых перцептивно-опознавательных задач.
1 См. В. Ф. Рубахи и. Эвристические аспекты процессов восприятия. «Проблемы инженерной психологии», № 7, вып. 2, <1968.
178
Так, если ставится задача опознания одиночного символа, язык может быть предельно простым: предъявленное изображение представляется множеством точек различной яркости, для которого определяется наиболее похожий эталон. Примером могут служить разного рода читающие автоматы, предназначенные для чтения графических текстов, использующие корреляционный метод опознания.
В том случае, когда воспринимаемая ситуация (например, аэрофотоизображение местности) имеет сложную структуру (большое число элементов разложения, множество объектов с разнообразными характеристиками, а также связей между объектами и их элементами) и цели функционирования перцептивно-опознающей системы требуют отражения этой ситуации, лингвистические «способности» системы должны быть более развитыми. Для объективно верного и достаточно «глубокого» отражения действительности необходимо расширение языка. При этом должно быть использовано свойство иерархичности структуры отражаемых понятий. Оно заключается в том, что каждый из объектов некоторого /-го уровня иерархии, с одной стороны, состоит из определенных деталей, являющихся элементами уровня /—1 и взаимосвязей между ними, а с другой стороны, сам служит деталью некоторого элемента уровня /+1. Аналогичным образом из простых связей между элементами могут образовываться более сложные. Таким образом, над одним языком Lj строится другой, метаязык Lj + 1, в котором алфавитом Д7 + 1 является словарь Wj. Над языком +1 может строиться язык Ту +2 и т. д.
Каждый уровень строится с учетом особенностей класса задач, которые придется решать системе. В рамках образованной таким образом лингвистической системы находят отражение все объекты и их взаимосвязи, необходимые для решения перцептивно-опознавательной задачи и управления. Последнее очень важно. Мы считаем, что проблема моделирования перцептивно-познавательных функций должна решаться как комплексная, в которой вопросы синтеза лингвистической системы и формирования перцептивной модели на основе этой системы тесно связаны с формальным описанием структуры и динамики управляющих функций. Имеется в виду управление как моторикой и рецепторикой анализаторов системы, так и собственно исполнительной деятельностью, преобразующей окружающую среду или самое себя.
И еще одно. Для формирования корковых моделей, обеспечивающих анализ сложного изображения, важна специальная организация памяти. Выполненные исследования свидетельствуют о целесообразности использования ассоциативносписковой памяти, применяемой в эвристических машинных программах. Списковая организация памяти в целях модели-12* 179
рования познавательных процессов хорошо описана У. Р. Рейтманом (1968).
Все это способствует формированию динамических алгоритмов анализа сложных изображений.
При построении алгоритмов автоматического опознания сложных объектов и ситуаций с использованием формальной лингвистической системы следует учитывать необходимость сохранения конкретных характеристик отражаемых элементов (объектов). Показано (Л. М. Веккер, 1964 г.), что такая информация обеспечивает однозначность между состоянием и сигналом и дает возможность управления восприятием п действием.
В целом развиваемое нами направление моделирования психофизиологических процессов восприятия можно назвать детерминированно-эвристическим. Здесь реализуются в той или иной степени принципы структурной детерминированности взаимодействия моделей разного характера и уровня, эвристичности перцептивной деятельности. Последнее проявляется в перспективном планировании, в целенаправленном, последовательном расчленении задачи на подзадачи, в смене языка описания по мере перехода на более высокие этапы переработки информации и т. п.1.
Моделирование восприятия устной речи
Устная речь—наиболее оперативное средство общения. Поэтому для военной практики большое значение имеет создание автоматов, «понимающих» речь человека. Это важно для речевого управления военной техникой, при создании переводческих машин, способных без промежуточного перекодирования осуществлять непосредственный перевод речевой информации с одного языка на другой, для разработки вокодеров, могущих значительно разгрузить каналы связи, и т. д.
Моделирование восприятия речи имеет свои особенности.
В настоящее время наиболее распространены вероятностные модели восприятия речи. В основе их лежит гипотеза о том, что опознание звуков речи опирается на вероятностное сравнение воспринимаемых звуков с эталонами (Ю. Л. Барабаш и др., 1967 г.).
Такого рода модели опираются на следующие положения;
а) наиболее эффективным методом опознания устной речи является параллельный анализ временных и спектральных характеристик речевых сигналов;
1 См. Р. И. Виноградов, В. П. Клевцов, В. Ф. Рубахин. О детерминированно-эвристическом подходе к моделированию восприятия зрительных и акустических образов. Материалы Ш Всесоюзного съезда общества психологов СССР. Т. 1, М., изд-во Мин-во просвещения СССР, 1968.
180
б) в основе алгоритма опознания речевых сигналов лежит преобразование звуковых колебаний в текущий спектр;
в) каждая реализация текущего спектра звука может быть представлена в виде детерминированного Димерного вектора;
г) в памяти модели фиксируются эталоны в виде TV-мерных векторов фонем, которые обозначают тип определенного звука, независимо от его реализаций;
д) в процессе опознания звук отождествляется с тем или иным эталоном фонемы, в соответствии с теоремой Байеса.
Основной трудностью моделирования опознания звуков устной речи является выбор оптимальных признаков, характеризующих тот или иной звук (фонему). Это связано с недостаточной изученностью природы речевых потоков и структуры отдельных звуков. В качестве характерных признаков фонем используются их длительности, форманты-максимумы спектра звуков, структура так называемых нулевых переходов, распределение амплитуд за время длительности звука и др. В качестве априорной информации могут быть использованы данные по вероятности встречаемости фонем в речи.
В настоящее время у нас и за рубежом создан ряд технических устройств для автоматического опознания звуков речи. Такое устройство, состоящее из анализатора речи ч ЦВМ, было, например, разработано в одной из научно-исследовательских лабораторий ВВС США. Оно распознавало некоторые фонемы и слова-команды, произносимые диктором на английском языке. Быстродействие примерно 1,5 сек. на слово. Там же был создан самолетный малогабаритный прибор-вокодер, обеспечивающий расчленение речевых сигналов на ряд частотных участков звукового спектра. Этот прибор предназначен для скрытой телефонной связи — «самолет—земля» и «земля—самолет» со значительным сужением полосы частот и автоматическим кодированием происходящих разговоров.
Однако устройства подобного типа еще весьма несовершенны: они способны различать ограниченный набор фонетических элементов, требуют подстройки под голос диктора, обладают малым быстродействием и надежностью. Существующие устройства для автоматического опознания речи пока еще не вышли за рамки экспериментальных исследований.
На наш взгляд, «классические» вероятностные модели звукообразования и восприятия устной речи недостаточно учитывают ее психофизиологические и семантические особенности. Здесь, как и при опознании зрительных образов, преувеличивается роль случайных факторов. Этим в значительной мере объясняется несовершенство опознающих устройств речи.
181
Действительно, речевые сигналы можно представить как реализации нестационарного случайного процесса. Из осциллограмм речевого сигнала видно, что длительность сигналов, а также разрывы .их в предложениях и словах носят случайный характер. Однако случайность речевого сигнала отражается лишь в виде особенностей и закономерностей физического процесса и в малой степени влияет на его информационное содержание. Если рассматривать речевой сигнал как переносчик фонем, то оказывается, что он теряет свой случайный характер. Высокая достоверность опознания фонетических элементов речи человеком объясняется значительной избыточностью речевого сигнала, которая используется при выделении признаков и опознании фонем. Использование же априорной информации лингвистического характера позволяет компенсировать ошибки восприятия, вызванные различными дефектами произношения, а также посторонними шумами. Этот вопрос хорошо освещен Ю. Г. Ростовцевым (1965) в работе по исследованию методов повышения достоверности связи за счет использования статистической избыточности сигналов.
По нашему мнению, в основу моделирования восприятия устной речи должна быть положена гипотеза о детерминированности процессов, связанных с опознанием звуков, которая дает возможность более эффективно подойти к решению главной задачи—выбору инвариантных признаков.
На основании исследований в области физиологии и психологии речи можно выделить два основных этапа обработки речевой информации. Этап первичной обработки речевой информации связан с выделением признаков, инвариантных относительно их групповых преобразований; этап вторичной обработки— с опознанием речевых сигналов на основании результатов сравнения выделенных признаков с признаками эталонов.
По предварительным данным, к основным инвариантным признакам речевых сигналов относятся их микроструктурные (амплитудные и временные) характеристики и отношения между ними, для описания которых может быть использована рассмотренная выше методика, опирающаяся на инварианты групповых преобразований.
При этом, разумеется, надо учитывать временные характеристики речевых сигналов, особенно предельно ограниченных по амплитуде и преобразованных в последовательность прямоугольных импульсов, то есть клиппированной речи. Несмотря на такое предельное ограничение речевого сигнала, разборчивость его остается достаточно высокой, что дает возможность сделать предположение о содержании существенной информации в численных значениях временных интервалов переходов через нуль. Что касается амплитудных характеристик, то они в значительной степени расширяют объем 182
воспринимаемой информации, повышая надежность опознания. Особое значение амплитудных характеристик состоит в окраске речевого сигнала, отражающей индивидуальные особенности говорящего, интонацию произносимых слов и т. п.
В процессе вторичной обработки речевой информации можно выделить процессы обучения и опознания. Процесс обучения (предпрограммированного самообучения), связанный с достаточно сложными и многочисленными логическими операциями по выявлению наиболее информативных признаков, может моделироваться лишь с помощью быстродействующих ЦВМ; процесс опознания—с помощью относительно простых специализированных устройств параллельного действия, имеющих жесткую память для хранения программы управления, а также информативных признаков эталонов.
Проводился цикл экспериментальных исследований речевых сигналов различных дикторов с целью набора статистики и сокращения до минимума количества используемых признаков речевых сигналов. Исследования ведутся с помощью ЦВМ, которая позволяет достаточно просто осуществить разделение речевого потока на дискретные элементы. Можно предполагать, что разрабатываемые методики и алгоритмы позволят осуществить автоматическое опознание устной речи, произносимой на любом языке.
Эвристические машинные программы
Моделирование процессов мышления человека в известной мере может быть реализовано на основе эвристических машинных программ. Здесь идет речь об информационном динамическом моделировании.
К основным особенностям эвристических машинных программ относятся:
а) использование специальных информационных алгоритмических языков (типа IPL, FLPL, LISP и др.), состоящих из определенных символов и «операторов» для работы с ними (эти языки более удобны для записи сложных алгоритмов);
б) введение ассоциативно-списочной памяти, в которой списки делятся на подсписки, а различные списки объединяются в более крупные информативные структуры. Подобная память обеспечивает запоминание сведений, связанных между собой по смыслу, организует быстрый поиск необходимого сообщения, неограниченную запись новой информации в разных участках памяти с использованием адресной системы. При этом необходимые перестановки счетчика команд производятся обычно как результат операции логического решения;
в) непрерывная реорганизация, перекомбинация информации в процессе функционирования программы;
183
г) иерархическая структура программы, включающая систему подпрограмм;
д) динамическая перестройка программы в ходе решения задачи.
Перечисленные особенности позволяют моделировать некоторые принципы и механизмы эвристической деятельности человека, его мышления1. Для эвристических машинных программ характерны переработка нечисленной информации и известная гибкость, позволяющая решать практические задачи посредством таких логических приемов, которые производятся путем сравнения.
В работе М. Минского2 перечислен ряд способов, с помощью которых ЭВМ может решить поставленную задачу, если алгоритмы ее заранее полностью неизвестны. К этим эвристическим способам относятся: а) поиск правильного решения из некоторого множества путем перебора; б) ограничение перебора вариантов, за счет опознания объектов исследования по некоторому набору их признаков; в) обучение машины стратегии поиска на основе закрепленного опыта; г) сокращение поиска путем предварительного грубого планирования; д) нахождение закономерностей в исходных данных (индукция). Количество этих способов может быть увеличено. Причем, каждый из них включает свои подспособы.
Примерами эвристических машинных программ могут служить программа для игры в шахматы К. Шеннона, программа А. Ньюэлла, Дж. Шоу и Г. Саймона — «Логик теоретик», предназначенная для доказательства теорем элементарной математической логики; программа У. Рейтмана по сочинению музыки и др.
В последнее время ведутся работы по разработке программ, способных к постановке вопросов и к ответам на них, к диагнозу по косвенным признакам, к формулированию гипотез. Трудно переоценить их роль для военного дела.
Известный интерес в этом отношении представляет программа А. Ньюэлла, Дж. Шоу и Г. Саймона «General problem Solver» (GPS) —«универсальный решатель проблем», в которой в некоторой степени реализуется процесс творческой деятельности человека. Остановимся па ней подробнее.
Суть программы по решению проблем сводится к преобразованию исходной ситуации, обладающей определенными состояниями, в желаемую, с использованием набора «операторов». Работа программы сводится: а) к оценке поставленной цели и имеющихся данных; б) к планированию достижения
1 См. А. В. Напалков, Ю. В. Орфеев. Некоторые пути моделирования психики. «Вопросы философии», № 10, 1966.
2 См. М. Минский. Н'а пути к искусственному мышлению Труды Института радиоинженеров, № 1, 1961 (перев. с англ.).
184
цели ц выбору наиболее приемлемого метода; в) к испытанию выбранного метода. Наиболее часто используется метод «преобразования» логических решений, заключающийся в. сличении двух ситуаций и определении различия между ними; метод «применения», состоящий в определении целесообразности использования того или иного «оператора» для решения задачи. Фактически программа разбивается на подпрограммы, в каждой из которых решается своя подцель. То есть создается упрощенная модель задачи с ограниченным перебором вариантов, но без полной гарантии получения оптимального решения.
Разумеется, рассмотренные программы еще далеки от человеческих эвристик1. По сути дела, в них решается не творческая мыслительная задача, а более простая лабиринтная задача с известными областями поиска, начальной площадкой и конечной целью. Для выработки новых алгоритмов в ходе решения используется методика перебора вариантов (проб и ошибок), но с известным сокращением. Моделируются лишь отдельные стороны мыслительной деятельности человека. Путь оптимизации программ—в приближении их к человеческим эвристикам, особенностям концептуальной модели человека.
Видимо, для решения перспективных технических задач большое значение имеет моделирование не только информационных процессов мозга, но и его функционально-структурных особенностей. Прежде всего речь идет об изучении и использовании принципов работы сложных нервных сетей, их алгоритмической структуры, что крайне важно для построения общей теории синтеза автоматов. Вопрос этот имеет серьезное значение и для более глубокого познания психики человека на основе ее моделирования.
Нами рассмотрены лишь некоторые из содержательных и формальных моделей психофизиологических функций в основном на уровне информационных процессов. Показаны некоторые пути оптимизации формальных моделей. Обширная проблема построения двигательных программ безусловнорефлекторного и условнорефлекторного типа рассмотрена лишь попутно, в контексте анализа управляющих функций информационных процессов. Эта проблема, связанная с использованием системы передаточных функций для формального описания моторной деятельности человека, требует отдельного изложения. Не были специально рассмотрены вопросы технического моделирования памяти, а также эмоций и волевых действий, хотя эти вопросы в настоящее время в той или иной степени начинают разрабатываться.
1 См. Д. А. Поспелов, В. Н. Пушкин, В. Н. Садовский. Эвристическое программирование и эвристика как наука. «Вопросы философии», № 7, 1967.
185
При решении практических задач военного характера большое значение имеет комплексное моделирование различных психофизиологических функций человека, а также деятельности человека-оператора как интегрального звена конкретной системы управления. В первом случае речь идет о построении некоторых комплексных автоматических устройств. Так, например, в США разрабатывается программа «глаза—руки», которая предусматривает моделирование работы зрительного анализатора человека, некоторых процессов мышления и определенной системы движений. Целью такой программы является создание комплексных технических устройств, предназначенных для обследования планет. Во втором случае речь идет о моделировании деятельности человека в интересах оптимизации взаимодействия системы «человек—машина». Это — чрезвычайно сложные проблемы, выходящие за рамки данной работы.
2. ВОПРОСЫ КОНТРОЛЯ и НОРМАЛИЗАЦИИ СОСТОЯНИЙ ОПЕРАТОРА В АСУ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Постановка проблемы
К системам управления, используемым в самых различных областях военного дела, предъявляются весьма высокие требования по быстродействию, точности, компактности и т. д. Но главным из них является требование высокой надежности и эффективности.
При разработке таких систем значительное внимание уделяется электронной вычислительной технике и другим средствам автоматизации. Однако каким бы совершенным ни был автомат, роль человека в управлении самыми различными процессами отнюдь не уменьшается, а, наоборот, увеличивается и, значительно видоизменяясь, непрерывно усложняется. Существует довольно широкий круг проблем, решение которых без человека практически невозможно- Конечно, роль человека-оператора в различных системах управления различна и зависит от задач, поставленных перед системой, и от ее конструктивных особенностей.
Системы управления принято делить на два больших класса: детерминированные и недетерминированные. К первым из них относятся системы, функционирование которых обусловлено жесткой программой. В них функции человека-оператора сводятся к наблюдению за состоянием системы, работой ее узлов и элементов и их техническому обслуживанию.
Наибольший интерес для военно-инженерной психологии представляют недетерминированные системы, в которых чело-186
век-оператор должен принимать те или иные решения, обеспечивающие выполнение системой ее функций. К ним относятся системы управления ПВО, ПЛО, ракетами, самолетами, кораблями. В этих системах технические средства управления при определенных условиях (боевых, метеорологических, аварийных и т. д.) не могут обеспечить выполнение поставленных задач без своевременного вмешательства человека-оператора.
Общепризнано, что надежность и эффективность этих систем в значительной мере определяются надежностью и эффективностью деятельности ее центрального звена: человека-оператора.
От человека-оператора в недетерминированных системах требуется быстрота и точность ориентировки и соответствующая реакция на изменение обстановки. Для этого необходимы восприятие всей поступающей информации, ее анализ, принятие соответствующего решения и его реализация. Ценность принятого решения зависит от длительности отрезка времени, в течение которого совершалось восприятие информации, ее переработка и соответствующее ответное действие. А это время зависит в свою очередь от психофизиологических особенностей и возможностей человека. Как было показано в других главах, надежность и эффективность работы человека является сложной функцией его психофизиологического состояния.
Вот почему возникла проблема контроля состояния человека-оператора. Она заключается в разработке методов и средств контроля за психофизиологическим состоянием оператора, так как при его изменении происходит рассогласование системы «человек—машина». Так, например, от внешних воздействий (перегрузки, ранение и т. п.) человек может потерять сознание, в результате чего прекращается восприятие им информации и реакции на нее. Система в целом, по сути дела, становится неуправляемой. Из этого простого примера ясно, что для предотвращения подобных последствий необходимо контролировать состояние оператора и при критических отклонениях его психофизиологических параметров активно вмешиваться в процесс управления, заменяя вышедшее звено другим звеном (человеком или автоматом).
Таким образом, разработка методик и технических средств для осуществления непрерывного контроля за психофизиологическими характеристиками оператора, исполняющего функции управляющего звена в замкнутой системе «человек—машина», представляет собой задачу чрезвычайной важности, так как без ее успешного решения не может быть обеспечена необходимая функциональная надежность самого оператора и всей сопряженной с ним технической системы в целом.
Действительно, в ряде случаев организм человека оказы
187
вается в экстремальных, не свойственных для земли условиях, не «запрограммированных» эволюционным развитием живой природы. Так, например, он может оказаться в условиях воздействия динамических или статических перегрузок, невесомости, длительного пребывания в изолированных автономных условиях, «сенсорного голода» и т. п. Под воздействием этих факторов или их комплекса в организме могут возникнуть различные патологические явления, справиться с которыми сам организм не сможет вследствие ограниченности его естественных адаптивных возможностей. Такое положение может привести к частичной или полной потере трудоспособности оператора, а в некоторых случаях и к утрате его жизненных функций.
Эти обстоятельства выдвигают задачу разработки специальных автоматизированных систем контроля за состоянием организма оператора и нормализации его в сложных, не свойственных для естественной среды условиях.
Задача автоматического контроля и нормализации состояний человеческого организма может возникать также и в повседневной медицинской практике, особенно в случаях сложных хирургических вмешательств с применением искусственного управляемого дыхания, экстрокарпорального кровообращения и гипотермии. Не менее актуальна реализация идей автоматической нормализации состояний организма человека для осуществления реанимации, то есть в случаях восстановления утраченных жизненных функций организма или выведения его из тяжелых состояний.
Такая система представляет собой комбинацию нескольких замкнутых контуров автоматического регулирования, в которых человеческий организм является управляющим звеном по отношению к исполнительным элементам нормализации, а те в свою очередь призваны регулировать состояние «внутренней среды» организма оператора.
Таким образом, к системе «человек—машина», в которой связи между оператором и управляемым им техническим устройством можно рассматривать как первичный контур регулирования, добавляется вторичный контур автоматического регулирования — контур нормализации состояний оператора.
В целом комплекс характеристик человека-оператора, используемых для оценки его надежности и эффективности, может быть определен как понятие «работоспособность», то есть такое состояние человека, при котором он в данный момент времени соответствует всем требованиям, предъявляемым к основным психофизиологическим функциям, необходимым для выполнения поставленной задачи.
Известно, что работоспособность не является постоянной величиной. Она изменяется как под действием самых разнообразных внешних воздействий, так и в процессе самой работы.
188
При этом ее изменения зависят от индивидуальных особенностей оператора, уровня его обученности, состава выполняемых действий, организации рабочего места, условий работы и т. д. Поэтому создание стандартного режима работы еще не решает задачу сохранения необходимого уровня работоспособности данного конкретного оператора в течение установленного времени. При этом, очевидно, необходим непрерывный контроль за состоянием работоспособности, который бы обеспечивал обнаружение ее изменений, позволял предвидеть дальнейшие изменения и соответственно управлять условиями работы человека (например, перераспределять нагрузку между человеком и автоматом в АСУ, регулировать ширину полосы сигналов и скорость передачи информации человеку в зависимости от его состояния и т. п.).
Это очень важно в современных условиях, ибо человек-оператор, обслуживающий современные АСУ военного назначения, вынужден, как правило, работать в экстремальных условиях, что порождает особые состояния. Сюда относятся прежде всего состояние психической напряженности, возникающее в сложной ситуации; состояние напряженного внимания на фоне недостатка информации (vigilance); специфические состояния, возникающие в условиях длительной изоляции и однообразия сенсорного окружения.
Следует специально подчеркнуть, что для военного дела помимо перечисленных типов состояний, в той или иной степени характеризующих работоспособность человека, весьма важное значение имеют и такие типы состояний, как различного рода психофизиологические патологии, вызванные ранением, потерей крови, болевыми шоками, контузией, шумами чрезвычайно высокой интенсивности, вибрациями и другими причинами.
Все эти состояния являются одной из главных «человеческих» причин нарушений эффективной и надежной работы систем «человек—машина» и их аварий. Ясно, что своевременное обнаружение признаков таких состояний, особенно в первые моменты их возникновения, и применение соответствующих мер позволило бы значительно повысить общую надежность и эффективность военных систем «человек—машина».
Разработка способов контроля состояния человека важна не только для решения вышеуказанных задач. Она может принести большую пользу для практики обучения и тренировки, в особенности для оценки технических средств (обучающих машин и тренажеров) и различных методов обучения с точки зрения влияния их на психофизиологическое состояние обучаемого.
Многообразие задач, в ходе решения которых необходимо осуществлять контроль за человеком, создает определенные трудности для четкой постановки проблемы. Последнее усу-
189
губляется еще и тем, что сам объект контроля — состояние человека — является весьма сложным.
Применительно к проблемам инженерной психологии под состоянием человека-оператора, выполняющего конкретную задачу, обычно понимают комплексную характеристику внутренних возможностей успешного решения этой задачи. Как правило, такая характеристика является многокомпонентной и представляет собой набор показаний, описывающих множество физиологических и психических параметров, варьирующихся в довольно широких пределах не только у различных людей, но и у одного конкретного человека. Следует тут же отметить, что задача снятия всех этих параметров и их регистрации представляет собой самостоятельную область исследований, находящуюся, по сути дела, еще только в начале своего развития и накладывающую дополнительные трудности при решении проблемы контроля состояния человека.
Иногда в комплекс психофизиологических параметров, характеризующих состояние человека-оператора, включают также характеристику социального поведения человека, результаты выполнения тестов и другие показания, важные для оценки возможности успешного решения человеком определенной задачи.
В общем при контроле за состоянием все его характеризующие параметры (составляющие состояния) можно разделить на два класса:
а) динамические, более или менее быстро изменяющиеся во времени, в том числе и в процессе решения одной данной задачи (характеристики внимания, восприятия, оперативной памяти, некоторые физиологические характеристики и др.);
б) статические, практически не изменяющиеся в процессе решения одной задачи (типологические и возрастные особенности человека, его характерологические черты, основные мотивы поведения и т. д.).
Указанное деление, конечно, условно, «о оно может быть полезным при определении целей контроля и средств управления поведением человека.
Трудности, связанные с решением проблемы контроля состояния человека-оператора, усугубляются еще двумя факторами, на которых следует специально остановиться. Во-первых, современная медицина, равно как психология труда и инженерная психология, пока еще не выработала четких общепринятых определений и характеристик, описывающих различные психофизиологические состояния человека, включая его работоспособность. Определения различных состояний, в которых может находиться человек-оператор, предлагаемые разными авторами, как правило, весьма противоречивы и не позволяют подойти к ним с точной количественной оценкой. Отсюда возникает задача классификации наиболее часто воз-190
никающих состояний, в которых может оказаться военный оператор в процессе своей практической деятельности. Во-вторых, проблема контроля состояния человека-оператора усложняется тем, что она может быть решена лишь на стыке разнородных, подчас далеко отстоящих друг от друга научных дисциплин: медицины, физиологии, психологии труда, инженерной психологии, бионики, кибернетики, математики, радиоэлектроники и др.
Каким должен быть контроль за состоянием человека-оператора? Применительно к военной практике он прежде всего должен отличаться исключительно высоким быстродействием. В противном случае задача контроля теряет всякий смысл. Так, например, выявление того, что летчик находится в коматозном состоянии, с опозданием хотя бы на одну минуту, может привести не только к аварии, но и к катастрофе. Следовательно, контроль за состоянием человека-оператора необходимо осуществлять в масштабе истинного времени. Второе требование к контролю за состоянием — его непрерывность, которую можно обеспечить лишь автоматическим путем. Далеко не всегда недетерминированная система, звеном которой является человек-оператор, имеет такую конструкцию, которая позволяет размещение внутри нее или поблизости средств, обеспечивающих контроль (самолет, танк и т. п.). Поэтому система и средства контроля должны быть дистанционными.
Важным требованием являются легкость и простота снятия и регистрации психофизиологических характеристик. Датчики, посредством которых происходит снятие с человека информации о его состоянии, не должны стеснять действия оператора.
Конечно, непрерывно контролировать состояние, в котором находится в каждый момент времени человек-оператор, чрезвычайно важная задача, но, однако, одного контроля еще далеко не достаточно. Мало научиться фиксировать и классифицировать автоматически состояние человека-оператора, нужно еще и уметь прогнозировать его динамику.
Рассмотрение всех перечисленных требований к контролю состояния в комплексе приводит к мысли о целесообразности и перспективности использования для целей контроля состояния быстродействующих электронных вычислительных машин в сочетании с существующими и перспективными средствами биотелеметрии.
Учитывая вышесказанное о том, что проблема контроля состояния оператора находится на стыке многих наук, целесообразно выяснить возможности использования тех методов и средств, которые накоплены в технике, в связи с решением задач автоматического управления сложными системами. Особенно перспективным является подход к решению задачи классификации, развитый в области автоматического распознава-
191
ния образов, так как состояние человека можно представить в виде сложного многокомпонентного образа в некотором M-мерном пространстве. В подтверждение этого можно привести следующие соображения. Во-первых, экспериментальные науки, изучающие человека, прежде всего физиология и психология, располагают в основном данными аналитического характера. Они описывают лишь отдельные, изолированно взятые моменты функционирования человеческого организма и деятельности человека. Между тем состояние человека есть синтетическое (многокомпонентное) образование. Анализ и классификация огромной массы имеющихся данных со многими неизвестными и выработка на этой основе четких критериев состояний человека без применения современных технических средств является неразрешимой задачей. Во-вторых, методы автоматического распознавания образов обеспечивают быстродействие контроля, его непрерывность и дистанцион-ность. Наконец, способность ЭВМ накапливать опыт (обучаться) открывает перспективу прогнозирования возможных ситуаций и состояний человека. Разработанные на подобной основе специальные контрольные устройства, регулирующие поведение человека, могут быть включены непосредственно в системы «человек—машина», повышая надежность и эффективность их функционирования.
Об автоматическом распознавании образов
В простейшем случае задача автоматического распознавания образов ставится так: на вход ЭВМ поступают объекты из класса А и из класса В, заданные набором значений своих параметров. В обоих классах имеется определенное множество объектов. На небольшом числе их реализаций машине сообщается, какому классу принадлежит каждый из них. Машина на этих «показах» должна выработать правило отнесения новых объектов к классам А или В с высокой достоверностью правильных ответов. Главное здесь — разработка обучающегося алгоритма.
Возможность переучивания машины создает условия для классификации изменяющихся объектов. В принципе на такой основе возможно создание универсальных классификаторов.
Применительно к данной проблеме подобная постановка задачи может означать обучение классификатора распознаванию стрессового состояния или состояния усталости, ведущего к недопустимым и опасным сбоям (отказам) в выполнении функций оператора, фиксации состояния повышенной работоспособности и т. п.
В теории распознавания образов обычно классифицируемые объекты рассматривают как векторы в некотором пространстве, в котором введено понятие расстояния (то естьфор-.19g
мула для вычисления меры «несходства»). При таком подходе классы представляют собой области в пространстве параметров и задача распознавания сводится к выбору гиперповерхности, разделяющей эти области. В настоящее время разработан ряд методов автоматического распознавания образов. Проведены экспериментальные исследования таких методов, накоплен опыт их применения к конкретным задачам, создан ряд устройств — классификаторов для технических целей.
Следует особо подчеркнуть, что параметры, характеризующие объект, не обязательно должны иметь числовую природу. Если объект описывается большим набором кодовых (условных) параметров, например характеризующих наличие (отсутствие) определенных свойств, то и в этом случае методы распознавания образов оказываются чрезвычайно эффективными. Это обстоятельство делает их еще более полезными для наших целей, так как многие данные о состоянии человека, вероятно, могут быть заданы лишь в кодовом, а не числовом выражении.
Однако следует подчеркнуть, что контроль состояния потребует не только кодовых данных. Некоторые характеристики, как правило, будут числовыми. Поэтому возникает необходимость установить веса информативности всех параметров, нормализовать их, разделить кодовые и числовые характеристики на группы и т. п. При распознавании образов принадлежность объекта к некоторому классу характеризуется определенной функцией достоверности, значение которой используется для суждения о том, к какому классу принадлежит объект, и для более сложных задач. Такой подход к классификации состояний человека является единственно правильным, гак как неполнота данных о состоянии человеческого организма, естественно, делает ситуацию вероятностной. Сама смена состояний имеет вероятностную природу, а те или иные показатели связаны с каким-либо состоянием неоднозначно. Поэтому определение состояния по регистрируемым показателям всегда включает оценку вероятности.
Одна из наиболее интересных областей развития методов распознавания образов связана с прогнозированием значений сложных функций и с возможностью обучения машины нахождению управляющего воздействия в ответ на комплексный набор данных, характеризующих управляемый объект.
Изучение разнообразных методов автоматического контроля за поведением сложных объектов было бы чрезвычайно перспективным применительно к задачам контроля за состоянием человека.
13 Военная инженерная психология
193
Особенности применения методов автоматического распознавания образов к контролю за состоянием человека
Такие важнейшие характеристики оператора, как работоспособность (и усталость), напряжение, волнение, степень концентрации внимания, готовность к выполнению определенных актов управления трудно контролировать, ибо они являются качественными и понимаются обычно лишь в «контексте» конкретных условий. Методы автоматического распознавания образов позволяют надеяться на разработку объективных и достаточно универсально применяемых критериев этих качественных характеристик.
Действительно, во многих, и притом самых разнообразных, условиях мы можем качественно оценить степень концентрации внимания по тому, как человек справляется с задачей; насколько тщательно он учитывает ее условия, выделяет главное в задаче, не распыляясь на случайные факты.
Более тонкие психологические методы позволяют оценивать концентрацию внимания по характеристикам его флюктуации. Отметим, что существует вполне объективная характеристика, непосредственно связанная с концентрацией внимания (ct-ритм ЭЭГ).
Можно, по-видимому, представить степень концентрации внимания как функцию от некоторой заранее выбранной системы параметров и попытаться восстановить эту функцию на основе ограниченного числа параметров, для которых известны значения степени концентрации. Пользуясь методами интерполяции и экстраполяции, применяемыми в задачах распознавания образов, можно распространить полученную функцию на всю область возможных состояний внимания оператора. Аналогичный подход возможен и к другим указанным выше качественным показателям работы оператора.
Вместе с тем в сложных случаях предположение о существовании общей для различных людей функциональной или даже статистической зависимости между, например, той же концентрацией внимания и выбранной системой психофизиологических показаний может оказаться недостаточным. Более того, шкала степени концентрации внимания может оказаться «скользящей» (относительной), то есть единица масштаба не может быть фиксирована, и, следовательно, надо корректировать (устанавливать) ее по ходу решения задачи.
Главным в плане распознавания образов является то обстоятельство, что необходимо интерполировать чрезвычайно сложные функции, конкретное числовое выражение которых, по существу, является условным. В настоящее время эти показания используются лишь как качественные и ориентировочные (сильно концентрированное внимание — рассеянное 194
внимание, устойчивая работоспособность — неустойчивая работоспособность и т. п.). Требуются специальные исследования для формализации интересующих нас качественных показаний, которые помогли бы свести эту задачу к интерполяции обычных функций с числовыми значениями.
Важной особенностью контроля состояния оператора является также часто возникающая необходимость непрерывного ведения этого контроля, готовность в каждый момент фиксировать принадлежность состояния к неудовлетворительному типу и т. п. Задача, по существу, сводится к непрерывному слежению за типом состояния. В свою очередь особенности непрерывного слежения усложняют возможности применения методов распознавания.
Часто цель контроля заключается в прогнозировании состояния: можно ли ожидать в непосредственно следующий интервал времени недопустимо резкое снижение работоспособности оператора? Удовлетворительный прогноз (экстраполяция) значения качественных показателей может потребовать намного более сложного комплекса исходных параметров, чем необходимо для простой констатации. К сожалению, пока имеется мало средств решения подобных задач.
Трудности прогноза, так же, впрочем, как и констатации,, физиологического и особенно психического состояния, усугубляются тем, что они (эти состояния) развиваются не спонтанно. Являясь рефлекторными по природе, эти состояния представляют собой в широком смысле слова реакции на окружающую среду, точнее, они есть состояния взаимодействия организма и среды. Отсюда вытекает необходимость при контроле состояний учитывать не только характеристики деятельности организма (или органов), взятые сами по себе, но и характеристики окружающей среды, сопоставляя первые с последними.
Необходимость анализа среды становится особенно очевидной, когда речь заходит о психических явлениях, которые представляют собой специфические модели среды.
Следует отметить, что специфические человеческие состояния формируются и развиваются в условиях социальной среды, прежде всего в процессе общения человека с окружающими людьми. Именно в процессе общения осуществляется «обмен» представлениями, идеями, эмоциями и т. д.
Эта проблема, являющаяся одной из принципиальных для психологии, в связи с изучением систем «человек—машина» приобретает особую остроту, особенно когда мы имеем дело со сложными системами, которые обслуживаются группами людей. Потому необходимо изучить информационные связи между операторами и их роль в формировании психического состояния каждого из них.
В связи с анализом состояния человека надо также иметь 13* 195
в виду возможность изменения физиологических функций под влиянием не реальных внешних причин, а так называемых психических факторов (например, изменение частоты пульса, потоотделения и т. д. под влиянием не реально существующей, а лишь предполагаемой, воображаемой опасности ит. п.). Кстати, подобные, так сказать «ложные», состояния часто возникают именно в процессе общения. Понятно, что в плане задач контроля за состоянием человека-оператора обнаружение таких специфических состояний представляет собой важную, но вместе с тем и чрезвычайно трудную проблему.
Наконец, необходимо также учитывать, что человек обладает возможностью рефлексии (осознания своих состояний); поэтому его поведение в той или иной форме включает моменты самооценки, которая не всегда бывает правильной, но всегда оказывает влияние на поведение.
В заключение еще раз отметим, что состояние человека является многокомпонентной (синтетической) характеристикой и изменение его определяется множеством взаимосвязанных факторов. Предстоит еще огромная работа по сопоставлению, систематизации и классификации этих данных. Несомненно, что средства современной техники могут оказать неоценимую помощь в ее выполнении.
Контроль за состоянием человека в условиях выполнения им определенной работы
Условия контроля за состоянием человека-оператора можно разбить на два типа.
1. Условия, в которых человек осуществляет функцию управления объектом непосредственно.
2. Условия, в которых человек осуществляет лишь контроль за работой сложного, в значительной степени автоматизированного комплекса, а его управляющие воздействия на объект опосредствуются системой технических устройств.
В этих двух случаях имеются разные возможности для организации и осуществления контроля. В первом случае человек, как правило, занят небольшим кругом задач. Его регулирующие и корректирующие воздействия непосредственно направлены на компенсацию возмущений и отклонений, возникающих в управляемом объекте. В этих условиях одним из лучших, хотя и косвенных, показателей, характеризующих состояние оператора (его возможность нормально выполнять поставленную задачу), является сам непосредственный эффект, то есть качество работы регулируемого объекта.
Во втором случае информация о конечном эффекте регулирующих воздействий оператора недостаточна. Точнее: на эту информацию наслаивается другая, характеризующая работу технических звеньев системы. Вместе с тем второй тип усло-196
вий позволяет более широко использовать специальные средства контроля (включение тестовых задач, применение регистрирующей аппаратуры и т. д.).
Показатель, основанный на оценке качества работы управляемого объекта (прежде всего в условиях непосредственного управления), обычно имеет простое численное выражение, которое удается непосредственно измерять в ходе работы и, если это нужно, передавать по телеметрическим каналам. Тем самым и оператор получает возможность не только контролировать работу объекта, но и как-то судить о своем состоянии.
Преимущество такого показателя заключается не только в его простоте, но и в том, что в этом случае мы совершенно не вмешиваемся в производственный процесс. Вопрос о том, как организовать систему съема информации с оператора, необходимую для ведения контроля за его состоянием и в то же время не ухудшающую условий его работы, является отнюдь не маловажным. В особенности это касается условий второго типа, где уже нет такой непосредственной связи между воздействиями оператора и поведением объекта. Вместе с тем в каждом конкретном случае необходимо изыскивать возможности учета работы технической системы для получения сведений о контроле за состоянием оператора.
Особый интерес в этой связи представляет анализ процессов изменений регулирующих воздействий оператора. Ведь так или иначе уровень возможностей человека в решении задачи, то есть его состояние, отражается в этой многокомпонентной и изменяющейся во времени характеристике. Непрерывно наблюдая за параметрами регулирующих воздействий оператора, мы, по существу, получаем достаточно полную картину процесса решения задачи. В некоторых экстренных условиях нарушения этого процесса легко определимы и могут служить сигналом для соответствующих аварийных мероприятий. Чрезвычайно перспективным с этой точки зрения является метод биоэлектрического управления, при котором решение оператора «формулируется» непосредственно в физиологических показателях, одновременно характеризующих и внутри-органические процессы.
Так как оператор осуществляет восприятие информации, поступающей от объектов, в основном с помощью зрительного анализатора, важно иметь возможность снимать параметры, характеризующие работу этого анализатора. В меньшей мере это касается слухового анализатора, хотя возможность контроля за его работой имеет большое значение, вероятно, даже тогда, когда он не принимает непосредственного участия в анализе поступающей от объекта информации.
Условно можно считать, что контроль за оператором является полным, если мы получаем информацию о функционировании систем приема, систем обработки информации и систем
197
исполнения у человека. До сих пор мы касались первой и третьей из указанных систем. Наиболее распространенные методы анализа функционирования систем обработки информации связаны с электроэнцефалографическим и с непосредственно словесным контролем. К сожалению, мы имеем здесь параметры, пока чрезвычайно слабо характеризующие эффективность процессов обработки информации, совершаемых человеком при решении определенных задач.
Затронутые проблемы заставляют обратить внимание на то, что вопрос о контроле за состоянием оператора должен решаться как органическая часть полной задачи разработки и конструирования комплексов «человек—машина» применительно к определенным и конкретным условиям. Конструкторская разработка пульта управления, выбор системы показателей, по которой оператор будет следить за объектом, выбор системы его воздействий — все это в значительной степени предопределяет принципиальные и практические возможности удовлетворительного контроля за состоянием оператора.
Активный контроль и самоконтроль
Возможности ведения контроля за состоянием оператора резко могут возрасти за счет осуществления активного контроля. Мы подразумеваем под этим введение в систему контроля определенных функциональных проб и тестов. Активный контроль и контакт с оператором делают возможными осуществление определенной настройки оператора, коррекцию тактических замыслов, режима и темпа его работы, направление оператора, если это возможно, на осуществление тестовых или успокаивающих действий и т. п. В связи с этим возрастает и значение самоконтроля. Необходима разработка систем, не только облегчающих оператору работу с объектом, но и дающих ему возможность непосредственно следить за собственными «внутренними гарантиями» успешности решения поставленной задачи, представляющих возможность самостоятельного перехода к работе с тестами, то есть к «самотестированию» и т. п.
Наиболее сложные проблемы, которые здесь возникают и которые требуют разработки весьма тонких методов, касаются контроля, в ходе которого было бы возможно отделять «истинные» состояния от «ложных», скажем, временного повышения работоспособности, вызванного эмоционально-волевыми причинами, от стабильного, связанного с объективными «резервами» организма.
Эти проблемы связаны не только с общими принципиальными трудностями контроля за состоянием человека, но и с 198
трудностями «перевода» известных критериев на сознательный контроль по симптомокомплексу существенных косвенных и качественных характеристик. Осуществление такого «перевода» позволило бы вносить корректировки в данные так называемого самонаблюдения и тем самым осуществлять самоконтроль без применения сложных технических средств съема информации
Расширению методов активного ведения контроля в значительной степени могут способствовать интенсивные исследования, которые ведутся в настоящее время по разработке средств электрокожной передачи информации оператору. Разработка этих средств откроет пути чрезвычайно удобного контакта с оператором в отношении осуществления функциональных проб, передачи предупредительных сигналов при выполнении тестов и т. п. Такой канал связи целесообразно использовать еще и потому, что он позволяет не загружать основные анализаторные системы человека, занятые в работе.
Разработка удовлетворительных средств активного контроля и самоконтроля может коренным образом изменить представление о путях решения задач контроля за состоянием оператора вообще. Правильная формулировка основных задач такого контроля и конкретный опыт их решения могут значительно упростить пути решения общей проблемы. В этой связи научный интерес представляет развитие специализированных систем простых психологических тестов, выполнение которых можно было бы контролировать и без непосредственного контакта с оператором, то есть только через канал связи. Большое значение приобретают также исследования, связанные с изучением возможностей вывода на пульт оператора тех или иных важнейших показателей его состояния, что позволило бы ему осуществлять объективный контроль за своими состояниями и сознательно изменять поведение с целью сохранения или изменения этих состояний. С постановкой этого вопроса открывается новая область исследований, результаты которых могут повести к пересмотру принципиальных схем системы «человек—машина».
В настоящее время имеется еще мало примеров достаточно четкой постановки задачи контроля за состоянием оператора. Это прежде всего задача контроля за состоянием летчика-испытателя. По существу, все поднятые выше вопросы так или иначе связаны с этой задачей. С другой стороны, как отмечалось, имеется большой опыт в разработке методов распознавания образов, который в значительной степени может быть применен к рассматриваемым вопросам.
1 Однако при этом следует всегда учитывать, что тестирование само по себе может повлиять на состояние оператора, вызывая дополнительное утомление, рассеивание внимания и т. п.
199
На современном этапе главная задача заключается в организации сбора экспериментального материала и проведении конкретных испытаний по вопросам применения методов автоматического распознавания образов к самым простым реальным (и даже модельным) задачам контроля за состоянием человека. Организация таких поисковых исследований может касаться нескольких схем ведения эксперимента.
Для примера приведем некоторые возможные варианты таких исследований:
1) Изучение возможности формулирования объективных и измерительных критериев усталости, напряженности, готовности и внимания в работе военного оператора.
2) Разработка объективного подхода к анализу сложного поведения человека в условиях перегрузки и невесомости.
3) Исследование возможностей анализа состояний человека в условиях длительной изоляции.
4) Изучение возможности определения коматозного состояния по системе объективных физиологических показателей и т. д.
Накопление опыта применения методов автоматического распознавания образов к конкретным задачам данной проблемы даст возможность не только уточнить изучаемые вопросы, но и имеет большое значение для ведения экспериментальных работ по инженерной психологии вообще. В частности, это даст возможность работать с чрезвычайно сложными объективными показателями, которые часто бывают необходимы для адекватной характеристики поведения. Это, видимо, откроет возможность резко сократить объем трудоемких экспериментальных работ на основе использования методов их моделирования на ЭВМ и экстраполяции получаемых данных и т. п.
Об автоматической нормализации состояний организма оператора в системах «человек—машина»
Конечной целью контроля за состояниями человека-оператора является их нормализация. В этой связи в систему «человек—машина» вводится дополнительный контур регулирования. Связь между оператором и управляемым им техническим устройством можно рассматривать как первичный контур регулирования; связь между оператором и техническим устройством, управляющим его состоянием, предстанет вторичным контуром регулирования, а именно контуром нормализации состояний оператора.
Функционирование такой сложной системы можно проследить, пользуясь блок-схемой, показанной на рис. 31.
В процессе выполнения определенной программы оператор 200
управляет машиной (в обобщенном смысле этого слова), посылая соответствующие управляющие сигналы У см; при этом он корректирует свои действия, получая соответствующую информацию как непосредственно от самой машины — Ис, так и через среду. Среда в данном случае является не только носителем информации, характеризующей ее собственные статические свойства (например, газовый состав, влажность, температуру), но также и каналом, по которому машина может воздействовать на оператора генерируемыми ею полями (например, тепловым, электромагнитным, радиационным, акустическим и др.). Кроме того, машина может оказывать на оператора различные механические воздействия при физическом контакте с оператором (например, вызывать общие или локальные вибрации организма, нагружать руки оператора силой реакции вращения штурвала и т. п.). Будем считать, что воздействие на оператора таких внешних факторов, какими являются перегрузки, невесомость или гидростатическое давление, также оказывает среда. Все эти внешние по отношению к организму оператора агенты могут вызвать изменение его психофизиологических характеристик.
Система контроля за состоянием организма оператора имеет три входа, разделенные по виду снимаемой с него информации.
1. Вход медленноизменяющихся параметров, которые можно выразить как в дискретно-цифровой, так и в аналоговой форме (частота пульса и дыхания, температура тела, величина кровяного давления и т. п.); они поступают в «автомат комплексного контроля состояний оператора» непосредственно с блока датчиков первичной информации медленноизменяющихся параметров (ДПИМИП).
2. Вход быстроизменяющихся высокочастотных процессов (таких, как электрокардиограмма, электроэнцефалограмма, фонокардиограмма, сейсмокардиограмма и т. п.), которые с датчиков первичной информации (ДПИ БИП) поступают в логическое устройство выделения информативных признаков (УВИП БИП). Здесь осуществляется первичная обработка электрических напряжений сигналов БИП по определенной программе, например, расчет площади зубца Т кардиограммы или сравнение амплитуд отдельных ритмов электроэнцефалограммы. После чего обычно в дискретной форме зашифрованные информативные признаки поступают в автомат комплексного контроля состояний.
3. Вход специальных психологических тестов (СПТ), предназначенных для текущей оценки психических состояний оператора, с кодированным выходом. Автомат комплексного контроля состояний предназначен для того, чтобы путем сравнения поступающей информации с хранимыми в его памяти образами состояний определять, к какой из групп при-
201
202
надлежит состояние данного оператора в данный момент времени. Наиболее целесообразным в таком случае может быть признан путь разделения состояний на три группы: норма, угрожающее состояние, тревога. Автомат комплексного контроля имеет четыре выхода:
1-й — на регистрацию;
2-й — в системы внешнего контроля (к биотелеметрическим каналам);
3-й — к индикатору самоконтроля (ИНД-СК);
4-й — к блоку выбора стратегии нормализации.
Первые два выхода не нуждаются в пояснениях.
3-й выход-канал самоконтроля представляет особую важность в случае функционирования оператора в автономных условиях, отличных от нормальных земных, когда человек практически не может объективно оценить свои ощущения и принять правильное решение, базируясь на субъективных впечатлениях, часто диктуемых самовнушением. Так, например, автоматический индикатор самоконтроля весьма необходим водолазу в условиях автономного плавания, когда на табло индикатора могут подаваться помимо данных о состоянии организма водолаза также и соответствующие команды нормализации: например, «Прекратить работу», «Начать всплытие», «Прекратить дальнейшее погружение» и т. д.
4-й выход-блок выбора стратегии нормализации представляет собой цифровое вычислительное устройство, конструктивно объединенное с автоматом комплексного контроля состояний оператора. В зависимости от состояния оператора, характера системы «человек—машина», вида выполненной работы и внешних условий выбирается стратегия нормализации, то есть метод управления теми или иными физиологическими системами организма, действия которых нуждаются в нормализации.
При этом рассматриваются три возможных способа автоматического управления системами нормализации.
1. Машинное управление системой нормализации (МУН). В этом случае мы имеем дело с автоматическим управлением машиной, (физиологически сопряженной с организмом человека), выполняющей функции либо отдельного органа, либо целой физиологической системы. Наиболее характерным примером подобной системы является автоматизированная система искусственного кровообращения, в которой аппарат «искусственное сердце—легкие» управляется цифровой вычислительной машиной в функции состояний организма оперируемого 1.
1 См. В. М. А х у т и н, А. П. К о л е с о в, А. П. М а т в е е в, Б. С. У в а-р о в и др. О текущей диагностике состояний и управлении важнейшими параметрами физиологических систем организма с помощью радиоэлектронного комплекса. Кибернетика в клинической медицине. Доклады симпозиума. Л., 1964.
203
Подобные системы находят в настоящее время применение в медицинской практике и помимо чисто прикладного значения представляют собой большой научный интерес с точки зрения построения математических и электронных моделей, позволяющих провести качественный и количественный анализ биомеханической системы регулирования, адекватной соответствующей системе живого организма.
2. Безмашинное управление нормализацией, контактное (БУН-К). При безмашинном управлении нормализацией в отличие от предыдущего случая организм человека подвергается внешним воздействиям, направленным на стимуляцию определенных его физиологических функций. Эти воздействия могут быть принципиально разделены на две группы — энергетические и вещественные. Энергетические воздействия представляют собой, например, систему электрических сигналов определенных параметров, адекватных нервным импульсам, вызывающим моторные реакции исполнительных органов. Вещественные воздействия представляют собой воздействия, при которых в организм вводятся определенные химические или биологические агенты, влияние которых адекватно действию гуморальной системы регулирования.
Возможна также и комбинированная, двухконтурная, система регулирования, в которой энергетические воздействия, характерные для контура с малой постоянной времени, и вещественные— для контура с большой постоянной - времени, могут подаваться одновременно или последовательно. Такая система контактно присоединяется к организму человека, вызывая в нем определенные реакции.
Необходимо отметить, что подобные системы могут быть подвергнуты исследованию методами, принятыми в теории автоматического регулирования, и математически описаны в определенной системе допущений.
3. Безмашинное, неконтактное управление нормализацией (БУН-НК). Этот вид управления не предусматривает необходимости контактного сопряжения с организмом оператора каких бы то ни было устройств нормализации. Нормализация состояний организма оператора осуществляется путем воздействия на него посредством изменения параметров среды и режима работы машины. Этим объясняется наибольшее прикладное значение метода БУН-НК Для реализации в системах «человек—машина». В случае необходимости нормализации могут по определенной программе изменяться такие параметры среды, окружающие оператора, как процентное содержание кислорода или иных газов, давление внутри кабины, температура, влажность воздуха и др. Эти методы оказываются наиболее эффективными, когда оператор находится в замкнутых герметизированных помещениях с «микросредой».
Изменение характеристик машин как мера нормализации 204
состояний оператора также в ряде случаев может оказаться весьма эффективной. Например, при работе на конвейерах может изменяться скорость движения конвейерной ленты. При решении ряда задач на пультах управления может изменяться скорость обновления информации, яркость свечения индикаторов и т. п.
Однако особенно эффективен этот метод в случаях установки на пультах управления различных активных элементов, воздействующих на оператора, с целью поддержания психофизиологического тонуса, обеспечивающего его максимальную функциональную надежность.
Известно, что большинство наиболее ответственных систем «человек—машина» предусматривает дублирование человека-оператора соответствующим автоматом-дублером оператора. Такой автомат может получить право управления машиной по желанию оператора (например, гирорулевой, автопилот и т. п.), а также может быть и автоматически подключен блоком выбора стратегии нормализации в тех случаях, когда состояние оператора будет оценено соответствующими устройствами комплексного контроля как угрожающее или непригодное с точки зрения надежности функционирования. При этом устройства контроля и нормализации будут продолжать свою работу, и в случае выведения оператора из тяжелого состояния функции управления автоматически могут быть сняты с автомата-дублера и снова переданы оператору.
3. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГРУППОВОЙ ПСИХОЛОГИИ ВОЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В связи с глубокими изменениями структуры Вооруженных Сил, характера вооруженной борьбы и воинской деятельности на стыке конкретной социологии и военной психологии возник ряд смежных научных проблем по исследованию влияния групповых факторов на успешность взаимодействия людей при совместном решении тактических и технических задач военной деятельности.
Социальный прогресс неизмеримо усложнил все виды человеческой деятельности и отношений на производстве и в Вооруженных Силах. Потребовалось специальное изучение этой сложности, что и обусловило рождение групповой психологии— одного из прикладных разделов социально-психологической науки. Специалисты по психологии воинских коллективов все пристальнее обращают внимание на проблемы социально-психологической организации военного труда Группа военнослужащих одного подразделения начинает выступать как особый объект исследования. Это обусловлено тем, что
1 См. Психология воинского коллектива. Воениздат, 1967.
205
социальная психология изучает не столько личность как таковую, сколько группы людей, взаимосвязанных единой задачей, целью и средствами деятельности. Специфика коллективнопсихологических факторов в отличие от личностных состоит в том, что в условиях групповой деятельности на психику человека воздействуют многие виды социально-психологических контактов: подражание, внушение, конформизм, эмоционально-нравственное сопереживание, психическое «заражение» и другие, недоступные индивиду вне группы.
Личность интересует социальную психологию лишь постольку, поскольку свойства ее имеют социальную природу, а их многообразное проявление детерминировано коллективом и несет на себе неизгладимый отпечаток тех форм межлюдских отношений, в которых вырос и непосредственно находится данный человек1.
Методы групповой психологии направлены на то, чтобы изучить социально-психологические и психофизиологические механизмы эффективного взаимодействия людей в группе или коллективе, раскрыть те законы, которые управляют поведением человека в условиях кооперативной деятельности.
Появление новой весьма сложной техники предъявило высокие требования к психологической подготовке летчиков, космонавтов и других представителей военных профессий. Это поставило перед групповой психологией вопрос о разработке принципов и методов профотбора в условиях групповой деятельности, связанной с интенсивными процессами совместной переработки технической и научной информации по управлению военными, социальными и техническими системами. Одной из особенностей организации труда в таких условиях явилось то обстоятельство, что деятельность людей часто протекает в рамках единого, сжатого и замкнутого сенсомоторного поля. Высокая эмоционально-психологическая напряженность этого поля, обостряемая постоянно присутствующим фактором риска и угрозы со стороны противника, может способствовать образованию мощного комплекса индивидуальных и групповых тормозных психологических механизмов и барьеров во взаимодействии операторов или членов группы. В связи с этим вопрос о психологической совместимости в групповой деятельности приобретает принципиальное научное и прикладное значение.
Индивидуально-психологический подход к решению этой проблемы оказался несостоятельным. Исследования Ф.Д. Горбова и М. А. Новикова свидетельствуют, что, как бы ни были объективно учтены личностные качества в индивидуальном плане, они еще отнюдь не определяют качественно-количественных характеристик личного вклада данного индивида в ус
1 См. Е. С. Кузьмин. О предмете социальной психологии. «Вопросы психологии», 1963, № 1, стр. 143.
206
ловиях групповой деятельности1. Огромное влияние на величину и эффект личного вклада оказывают не только деловые, профессиональные качества человека, но и его коммуникатив.-ные свойства, то есть способности к межличностному общению. Другая существенная переменная этого эффекта — гностические способности личности к адекватному и неискаженному восприятию поведения и действий окружающих, к правильному взаимопониманию друг друга на фоне решения групповой задачи. Отсюда и сам социально-психологический характер общения в группе оказывается далеко не безразличным для групповой эффективности, выраженной как в конкретных продуктах совместного труда, так и в моральной дееспособности коллектива.
В самом общем виде все эги вопросы были поставлены в социальной психологии еще в начале века в работах Меде, Олпорта, Бехтерева и других. Первые попытки их систематического исследования в армии относятся к послевоенному периоду. Пентагон, обеспокоенный большим иисе возрастающим количеством катастроф и частых аварийных ситуаций в бомбардировочной авиации США, действовавшей в период корейской агрессии, обратился за помощью к ряду ведущих американских психологов. Была предпринята серия социальнопсихологических исследований в рамках социометрического направления, возглавляемого Дж. Морено. Полученные результаты зафиксировали известную связь между эффективностью в решении групповых летных задач и особенностями социально-психологической структуры экипажей2. В частности, была установлена зависимость между числом аварийных ситуаций в экипажах и величиной их социометрической когерентности, то есть психологической взаимосвязанности. Былопоказано, что более успешно боевые задачи выполняют те подразделения, которые отличаются более высокой степенью психологической связанности членов, определенного единообразия их поведенческих образцов на уровне межличностного общения.
Выполняя социальный заказ империалистов, американские психологи попытались определить влияние изменчивости в процессах общения на результативность деятельности группы. Материалы показали, что результативность возрастает при росте психологической связанности группы до определенного предела. Дальнейшее повышение эффективности в выполнении задачи возможно лишь при стабилизации процесса общения в группе на каком-то достаточно высоком уровне. Выявились также положительные корреляционные связи меж
1 См. Ф. Д. Горбов. Некоторые вопросы космической психологии. «Вопросы психологии», 1962, № 6, стр. 12.
2 См. I. N е h п е a j s a. Sociometric. «Handbuch der Empirischen Sozialfor-schung», Stuttgart, 1962, S. 226—240.
207
ду показателями социометрической когерентности групп — экипажей летчиков и точностью бомбометаний.
Эти и другие исследования дали сильный толчок для развития социометрических тестов в армии В настоящее время социометрические исследования проводятся во многих буржуазных армиях. Предпринимаются они и у пае, однако методологическая основа социометрии в нашей науке строится на базе материалистической философии и психологии.
Учитывая, что любой, в том числе и воинский, коллектив представляет собой сложную многоэтажную систему социального управления, включающую многие аспекты групповой и индивидуальной психологии, исследования механизмов взаимодействия людей на уровне общения следует классифицировать в двух направлениях: социально-психологическом и психофизиологическом. Такое расчленение диктуется принципиальным различием уровней структуры организации групповой деятельности, включающей в себя социальный, технический и технологический (функциональный), психологический и физиологический аспекты. Человек как субъект труда присутствует на всех этих уровнях организации групповой деятельности, но на каждом из них он проявляет себя в большей мере либо как личность, гражданин, либо как организм или функциональная система, включенная своими свойствами в процесс производства. Взаимодействие этих .аспектов определяет неразрывность социально-психологического и психофизиологического подходов в изучении коллективно-психологических факторов.
На вопрос, что представляет собой социально-психологическая структура коллектива или группы, можно сформулировать наиболее простой ответ — это система взаимоотношений его членов. Однако взаимоотношения между членами группы имеются и на уровне их деловых контактов, и на уровне интимных, межличностных, человеческих связей. Поэтому в эмпирической социальной психологии принято рассматривать структуру группы в двух аспектах: официальном (деловом)
1 Социометрический тест представляет собой процедуру скрестного межличностного опроса членов группы друг о друге по вопросам или критериям, которые направлены на выявление особенностей их взаимоотношений, взаимных оценок тех или иных качеств личности и поведения при непосредственном общении (face to face). Например, членов группы спрашивают (критерий сотрудничества): «Кого бы вы выбрали своим партнером для выполнения (оперативного, служебного и т. д.) задания командира?» Данные ответов кодируются в специальные матрицы или та'блицы и анализируются вероятностно-статистическими методами. Система взаимоотношений может быть описана графически или аналитически с помощью социометрических индексов. Основное понятие социометрии — социометрический статус индивида. Он характеризует личную позицию данного лица в системе взаимоотношений в группе и может быть измерен числом.
208
и неофициальном, то есть, в межличностномОфициальная структура группы отражает взаимоотношения людей по деловому или функциональному принципу. Здесь взаимоотношения регулируются социальными нормами поведения, а в воинском коллективе прежде всего уставами и наставлениями, системой разделения труда (ролей), официальными инструкциями и предписаниями. В неофициальной структуре^коллектива или группы взаимоотношения строятся на принципах моральных групповых норм поведения, принципах неписаной человеческой этики, личностных отношений, субъективных установок и стереотипов, чувств симп.атии..или,анти.11дтии, признательности или негативизма, притягивания или отталкивания, доверия или недоверия и т. д. Неофициальная структура группы — это система эмоционально-тяготенческих связей между ее членами. Она обращена внутрь группы, на самих членов и их личностные качества, в то время как официальная структура обращена во внешнюю среду, то есть на задачу деятельности. На уровне неофициального взаимодействия принцип деловых контактов отступает на второй план и заслоняется принципом личной заинтересованности в объекте общения. Официальная и неофициальная структура находятся в диалектическом противоречивом единстве. Степень этого единства и определяет сплоченность группы, ее коллективно-психологические способности к эффективному и волевому взаимодействию. Уровень группового сознания отражает в себе характер указанного взаимодействия структур.
Таким образом, личность в коллективе выступает одновременно и как объект "взаимоотношений, и как их субъект. В хорошо организованных коллективах официальная структура яв: ляется гегемоном в регулировании неофициальных взаимоотношений,. Применяемые ныне социометрические тесты направ-лены’на изучение неофициальной структуры группы и ее проекций на официальную структуру. Понятие социометрической когерентности как раз и раскрывает степень упорядоченности взаимоотношений и объединенности людей в неофициальной структуре.
Каковы же некоторые основные аспекты групповой психологии в изучении структуры коллектива или группы?
Один из основных вопросов — изучение структур в хорошо организованных или гомфотерных группах. Гомфотерно£.т.ь группы, по определению Ф. Д. Горбова и М. "А. Новикова, есть следствие в первую очередь психологической совместимо-
1 В зарубежной литературе принята иная терминология: формальный (официальный) и неформальный (неофициальный) аспекты. См. The Function of Executive. Cambridge, 1938.
14 Военная инженерная психология
209
сти (синтальности) входящих в нее членов \ Эта совместимость характеризует упорядоченность психологического взаимодействия людей, возникает она по мере развития процессов общения в неофициальной структуре группы. При этом, говоря об особенностях развития групповой структуры, следует выделить два круга явлений: развитие структур больших коллективов и групп и развитие структур так называемых малых групп. Как показывают многочисленные социально-психологические исследования, закономерности динамики структурных изменений в больших и малых группах существенно разнятся. В малых прутах (с небольшим числом членов) эта динамика более напряженна и противоречива в силу узости сферы общения и высокой интенсивности межличностного взаимодействия лицом к лицу.
При увеличении членства групп или коллектива объем взаимодействия между людьми возрастает пропорционально увеличению числа членов группы, интенсивность общения в целом падает и динамика структурных изменений замедляется. В связи с этим социальное поведение человека в условиях большой или малой группы может существенно различаться. Отсюда вполне оправданной является разработка социальнопсихологической теории малых социальных групп. Различают следующие этапы в развитии групповой структуры ,(Е. Бидлова, 1967).
f Первый этап — существование группы с разобщенной и неорганизованной структурой без подгрупп. Члены группы мало знают друг друга. Процесс взаимоотношений строится главным образом за счет взаимодействия по деловому принципу. Неофициальные связи слабы и неустойчивы, часто возникают кризисные ситуации и тенденции к недопониманию, конфликтности. При условии достаточной заинтересованности группы в результатах и процессе своего труда в рамках групповой структуры идет интенсивный поиск в общении. Он направлен на выявление для каждого члена группы наиболее оптимальных и привычных для них форм и стилей взаимоотношений, взаимовлияния, восприятия и взаимопонимания. Характерный признак групповой динамики на этом этапе — процесс социализации групповой структуры.
I/ Второй этап — возникновение группы с централизованной 'неофициальной структурой, но без подгрупп. В результате уже достаточно развитых взаимоотношений определяются личные позиции и вес каждого члена группы. Дифференцируются
1 См. Ф. Д. Горбов. Индивидуум и группа в экспериментальной групповой психологии. Проблемы инженерной психологии. I Ленинградская конференция по инженерной психологии. Л., 1964.
210
взаимооценочная и самооценочная сеть группы. В структуре группы возникает ядро (1—3 человека), которое начинает пользоваться наибольшим авторитетом и неофициальным влиянием. Происходит централизация отношений и предпочтения к этому ядру со стороны других членов группы. Намечаются определенные тенденции движения одних членов к ядру структуры, других на периферию. Объем взаимодействия членов группы и его интенсивность возрастают и систематизируются под регулирующим влиянием групповых норм и дисциплинарной практики. Эффективность решения групповых задач во многом определяется тем, насколько положение официального лидера группы совпадает с его неофициальным статусом (в рамках ядра групповой структуры).
I ' Третий этап — возникновение группы с централизованной структурой й подгруппами (группировками). Развитие взаимоотношений приводит к интимному сближению членов. Возникают группы или психологические коалиции из 2—3 или более членов. Каждая такая коалиция отличается высокой однородностью поведенческих образцов и положительно окрашенными эмоционально-тяготенческими связями. В своем поведении группировки ориентируются на ядро структуры. Выявляются неофициальные лидеры, в числе которых может оказаться и фигура официального руководителя. Психологическая мобильность группы зависит от частоты и моральной содержательности взаимоотношений официального лидера с неофициальными лидерами группы. Этот факт был подтвержден специальным исследованием, проведенным на производственных коллективах. Группа вообще не может эффективно решать, производственные и другие вопросы, если лидеры подгрупп не взаимодействуют между собой и с руководством группы- В таких случаях мы имеем дело с децентрализованной групповой структурой с подгруппами.
Возникновение этих децентрализованных официальных групповых структур представляет собой оборотную сторону только что описанного процесса и, как правило, является следствием плохо поставленной воспитательной работы в коллективе, отсутствия должных стимулов в деятельности, нецв-торитетности руководства и др. Таковы основные тенденции в развитии групповой структуры.
Изучая же причины, влияющие на развитие и динамику структурных изменений в воинском коллективе, следует учитывать воздействия следующих факторов: форму социальной организации группы, задачу и вид воинской деятельности, систему функциональных обязанностей военнослужащих, групповые нормы, соотношение централизованных и сепаратистских тенденций во взаимодействии, типологию социального поведения людей, их развитие, способности и обученность, социально-психологическую и психофизиологическую совмести-14* 211
мость членов на уровне официальной и неофициальной структур групп и др. Только на основании всестороннего изучения групповых факторов в их взаимосвязи можно делать обоснованные прогнозы об эффекте деятельности группы в тех или иных условиях.
Социальная организация любого малого воинского подразделения имеет жестко централизованную форму. Централизованная форма социальной организации всегда строится на принципе единоначалия, то есть беспрекословного повиновения официальному лидеру группы — командиру. Принцип жесткой централизации групповой структуры накладывает известные ограничения на поведение личности в коллективе, при решении групповых задач требует строгой дисциплины, слаженности в действиях, поступках, оценках, потребностях, мотивах и т. д. В воинском коллективе такая слаженность достигается в процессе обучения, несения дежурств, внутренней и караульной служб.
Успешность групповой обучаемости во многом зависит от стиля руководства группой.
Даже при наличии хорошо обученных солдат, знающих свое дело и морально готовых к боевым действиям, стиль непосредственного руководства оказывает огромное влияние на успех групповой деятельности. Истинный руководитель никогда не должен ограничивать меру своих управляющих воздействий на коллектив лишь формальным правом. Хотя Хокинг указывает, что «взаимосвязь» между начальником и подчиненными не исчерпывается взаимоотношениями между двумя индивидуумами. Здесь всегда присутствует третья невидимая сторона: власть государства и армии *, тем не менее именно этой третьей стороной необходимо пользоваться с большим умением и тактом. От личностных и деловых качеств начальника зависит тот эффект, с которым он воплотит свой стиль руководства в деятельность каждого члена коллектива в целом. Руководство — это искусство управлять людьми, умение неуклонно направлять их поступки и поведение на решение поставленных задач. Руководство составляет стержень всех процессов взаимодействия в группе на уровне официальной структуры. В военных условиях добиться доминирующего социального и психологического влияния на подчиненных может лишь личность, обладающая отличной воинской выучкой, сильным характером и мужеством. Не случайно в буржуазных армиях (США, Англия, ФРГ и др.) проблемы руководства подчиненными подвергаются специальным сопиально-психо-
1 См. Норман Коупленд. Психология и солдат. М,, Воениздат, 1958, стр. 94.
212
логическим исследованиям '. Сама искусственность человеческих взаимоотношений буржуазного строя диктует такую проблематику. Однако с точки зрения поведения любой социальной системы, в том числе и воинского коллектива, механизм, выполняющий функцию главного регулятора деятельности, обязан обладать по меньшей мере двумя основными свойствами: ®о-1первЫ|Х, он должен быть выоокочу0ст1вителыным к любым, даже незначительным изменениям в групповой динамике с тем, чтобы своевременно уравновесить противоречивые тенденции в функционировании системы и отрегулировать ее поведение; во-вторых, этот механизм должен быть высоконадежным в работе. В связи с этим, например, в американской социалБно-исихологической литературе по лидерству выделяются два основных свойства лидера. Первое — его «суперординарно1сть», то есть большая, чем у окружающих членов, компетентность в групповой задаче. Второе — «умение войти в группу», то есть высокая авторитетность его лич-, ности. Как рекомендует ряд зарубежных исследователей социальной организации, число непосредственно подчиненных лиц следует определять, исходя из временных ресурсов, необходимых для планирования, организации и контроля за их деятельностью.
При знакомстве с буржуазной социально-психологической научной литературой следует помнить о ее апологетическом классовом характере. Кроме того, основной методологический порок буржуазной социальной психологии заключается в том, что анализ проблем мотивации и управления человеческим поведением в ней проводится с микросоциологических позиций; общественная сознательная активность личности ставится в фатальную зависимость от групповых факторов — ближайших сфер социального общения индивидов, без учета социально-экономической природы того общества, которое является генератором всех этих микросфер общения, групп, социальных слоев, классов и т. д. Апологетический характер многочисленных позитивных руководств по лидерству и социальному управлению на капиталистических предприятиях, в буржуазных армиях, учреждениях общеизвестен. Все исследования здесь имеют одну и ту же цель — не только оправдать существующий порядок, но и дать действенные рекомендации по сглаживанию классовых антагонизмов в сфере общения с помощью так называемого «метода человеческих отношений».
Идеологическая обработка с помощью этого «метода» направлена на подавление политической активности человека в системе «личность — общество». Так, один из крупнейших теоретиков «науки о социальном поведении» Толкотт Парсонс
1 См. Современная буржуазная военная психология. М., Воениздат, 1964, стр. 143—148.
213
считает, например, основным объектом социально-психологического анализа элементарный акт взаимодействия людей в группе, совершенно игнорируя систему «личность — общество».
В противоположность этому диалектико-материалистический подход в изучении механизма поведения человека в первую очередь имеет в виду решающее значение системы «личность — общество».
Наше общество представляет собой коллектив, который можно назвать одной системой. Повышение организации этой системы означает повышение организации каждого входящего в нее человека.
Поэтому советскому человеку присуще чувство самопожертвования своими благами во имя общего. Это все изменяет личность, возводит ее на новую организационную ступень.
Человек, одаренный разумом, начинает подвергать рациональному анализу формы сосуществования людей и их совместной деятельности. Инженерная психология дает ему в руки средство, с помощью которого он может определить, какие функции должен выполнять организационный аппарат, чтобы служить его законным целям, а также познать, где те или иные организации использовали псевдонаучные обоснования. Столь же велико значение и военно-инженерной психологии, имеющей свои методологические и специфические особенности.
Так, изучая особенности групповой психологии людей на уровне официальной структуры коллектива, следует иметь в виду, что социальная организация воинского коллектива не всегда может совпадать с его функциональной организацией, а тем более с социально-психологической организацией (то есть системой взаимоотношений). Функциональная организация коллективной деятельности предполагает систему разделения труда между членами в зависимости от характера задачи, средств и способов ее решения, следовательно, предполагает не только социальную, но и функциональную сопод-чиненность.
Как показывают исследования X. Левитта, экспериментировавшего с различными типами функциональных сетей, групповая задача наиболее успешно решается в функциональных сетях централизованного типа ’. На рис. 32 показаны типы функциональных сетей Левитта.
Результаты экспериментов с этими типами сетей показали, что быстрее всего группа решает задачи при системе функционального соподчинения типа «звезда». Если же группа вынуждена самостоятельно найти оптимальную для нее форму взаимодействия, то наиболее быстро она срабатывается при усло-
1 См. Н. Leavitt. Some effects on certain Communication patterns on group performence. I. Abnorm. Soc. Psychol., 1951, 46.
214
вии, если социальная организация предполагала взаимодействие по типу «звезда», затем «полностью связная сеть», «круг». Исследования в области групповой психологии указывают на существование определенных количественных зависимостей между структурными особенностями функциональной организации группы, быстротой решения задачи и степенью сплоченности группы на уровне межличностных взаимоотношений. Все сказанное позволяет сделать вывод о том, что формы и
., Полностью связная сеть"
Рис. 32. Типы функциональных сетей (по Левитту)
характер организации групповой деятельности существенно предопределяют психологический эффект взаимодействия, требуют известной социально-психологической и психофизиологической совместимости членов группы.
В чем состоит различие между социально-психологической и психофизиологической совместимостью и каково значение и роль этих факторов в групповой динамике? Этот вопрос имеет методологическое значение.
Социально-психологическая совместимость включает общность целевых установок у членов группы, общность их ценностных ориентаций, отношения .к деятельности и товарищам, мотивации поступков, особенности психического склада и пр.
Под психофизиологической совместимостью следует понимать совместимость по уровню физического и психомоторного развития, инвариантную меру во внешнем проявлении основных психических процессов и сенсомоторных функций, единую степень тренированности членов группы в тех или иных 215
профессиональных двигательных навыках и умениях, согласованность в динамике временных и силовых показателей высшей нервной деятельности и других функциональных систем организма человека, совместимость по темпераменту и др.
Характер социально-психологической совместимости помимо сказанного во многом зависит от типологии социального поведения людей. В исследовании, проведенном на студентах в лаборатории социальной психологии НИИКСИ, было выявлено четыре достаточно отчетливых типа социального или так называемого коммуникативного поведения людей1. Взаимодействие людей при решении групповой задачи по принадлежности к типу поведения сказывается на эффективности кооперативной деятельности индивидаХПервый тип можно назвать «обособляющимся». Это тип поведения с выраженной индивидуалистической ориентировкой. Лицо с характерными чертами такого типа может успешно решать групповую задачу лишь при условии относительного обособления от группы, в относительном одиночестве^Вдорой тип — «ведомый»^ с выраженной ориентировкой к ведомости, то есть к добровольному подчинению. Лицо с прйзнайдпйГэтого типа может успешно решать групповую задачу при условии контакта с более уверенным, самостоятельным и компетентным членом группы. .Взаимоотношения ведомого с группой строятся на основе процессов конформизмайГг^етий тид—« лидирующий», с выраженной ориентировкой на власть в группе’ Представители этого типа коммуникативного поведения могут успешно решать задачи при условии подчинения себе других членов груп-пыГ/Четвертд>ш тип — «сотрудничающий». Это лицо постоянно стремится к совместному >с другими решению задачи и следует за ними в случаях разумных решений.
Недостаток фактических данных пока не позволяет говорить об устойчивости проявления этих типов в разных видах деятельности или о предпочтительности их для решения тех. или иных задач. Однако очевидно, что проблема типологии социального поведения людей представляет собой одну из основных в групповой психологии. Структура коллектива может постоянно испытывать напряжения, возникающие в результате конфликтных связей из-за социально-психологической несовместимости членов. В этих конфликтах нередко решающую' роль играет несовместимость именно по типу социального поведения индивидов. Следовательно, одна из практических целей социально-психологических исследований состоит в том,, чтобы, выявив типологию социального поведения членов кол
1 См. Н. В. Голубева, М. И. Иванюк. Различия в коммуникативном поведении при решении групповых задач. Сб. «Человек и общество».. Т. I. ЛГУ, 1966, стр. 98—102.
216
лектива, дать обоснованные рекомендации для организации взаимодействия людей в структуре группы.
Одним из перспективных направлений в исследовании закономерностей группового поведения и обучаемости являются методы и понятия, заимствованные из статистической теории научения, теории игр и др. Современная электронно-вычислительная техника позволяет моделировать разнообразные вероятностные процессы группового взаимодействия при одновременном влиянии многофакторных комплексов переменных, имитирующих стресс, среду, задачи, средства, типы поведения членов и др. Целесообразное же усовершенствование группового навыка в целом зависит от характера даваемых лидерами и получаемых членами группы разнообразных подкреплений (в случае успеха—похвала, одобрение, награда и т. д.;. в“случае неуспеха — наоборот, неодобрение, наказание и пр.). Возникает вероятностная ситуация в поведении лидеров на те-или иные действия подчиненных. Исходы этих ситуаций разновероятны в зависимости от комплекса действующих условий. Аналоговые модели подобных процессов можно воспроизвести на ЭВЦМ, а затем полученные данные проверить на поведении реальных групп.
Говоря о перспективах логического и формального анализа социально-психологических проблем, следует, однако, не переоценивать достоинств и возможностей математического подхода. Только в органическом единстве с качественным анализом выявления этот подход может быть методологически обоснованным и надежным.
Таковы некоторые из основных вопросов групповой психологии в применении к военной деятельности. Основной вывод состоит в том, что современная сложная техника, предъявляющая исключительные требования к функциональным свойствам операторов, для своего успешного обслуживания и управления требует не менее специфичных функциональных характеристик в информационном взаимодействии операторов в группе, подразделении, экипаже и т. д. Инженерно-психологический подход к изучению группового взаимодействия операторов должен быть просмотрен через призму социально-психологических принципов общения.
Таким' образом, специальная проблема инженерной психологии «человек как звено системы управления» оказывается лишь частным вопросом более общей проблемы «человек как субъект познания, труда и общения». Это значит, что при разработке систем управления, обучении и отборе операторов нужно исходить из интересов развития человека. Совершенствование конструкции машин, ее приспособление к человеку должны быть нацелены не только на повышение надежности систем управления и производительности труда, но и на обеспечение условий для развития трудоспособности человека и его творческих возможностей.
217
4. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИИ ОБИТАЕМОСТИ НА ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА С МАШИНОЙ
В широком смысле слова «обитаемость» охватывает все стороны взаимоотношений человека с машиной. Под «обитаемостью» понимается комплекс физических, химических и психофизиологических факторов, воздействующих на человека в процессе его взаимодействия с объектами боевой техники и изменяющих степень ее эффективности.
Мы остановимся лишь на некоторых частных вопросах, связанных с влиянием условий внешней среды на характер взаимоотношений человека с машиной в процессе управления техническими или социальными системами и роли в этом управлении некоторых психофизиологических факторов.
Весь комплекс условий внешней среды, влияющих на функциональное состояние человека, можно разделить на несколько групп:
1) непосредственные условия взаимодействия человека с машиной;
2) влияние на человека косвенных факторов конструктивного решения;
3) гигиенические условия работы;
4) действие факторов внешней среды.
Рассмотрим их более подробно.
Непосредственные условия взаимодействия человека с машиной
К этим условиям относятся следующие: конструктивное решение рабочего места и соответствие его стоящим задачам, время работы и ее специфика, энергетические затраты.
Проблема конструктивного решения рабочего места в данной работе ограничивается вопросом рабочей позы. Требования к рабочему месту оператора связаны с высотой сиденья, положением ног, наклоном туловища и расположением глаз относительно приборов. При неудобной позе затрудняется движение крови по сосудам, что вызывает неприятные ощущения и чувство боли в конечностях, животе, пояснице и мышцах шеи.
Подгонку высоты сиденья следует производить индивидуально, сообразуясь с особенностями строения тела оператора. Высота сиденья должна быть такой, чтобы при глубокой полной посадке ноги оператора, согнутые в коленях под прямым углом, не образовывали бы острого угла с линией позвоночника, так, как это показано на рис. 33. Использование •более высокого сиденья также неудобно: в этом случае ноги не имеют достаточной опоры и оператор вынужден сидеть лишь на краю сиденья. Регулируя высоту сиденья, следует 21?
помнить о том, чтобы глаза оператора оказались правильно расположенными относительно экрана. Положение ног оператора может приниматься свободный! и меняться в процессе работы. Однако не следует допускать скрещивания ног или большого вытягивания их вперед.
Определение правильного положения туловища особенно важно для работы. Ни в коем случае нельзя допускать расслабленной позы. Работа оператора требует крайнего напряжения всех сил, и собранность позы облегчает эту работу.
Правильно
Неправильно
Рис. 33. Схема правильной и неправильной посадки оператора
Наиболее правильным является строго вертикальное положение туловища. При этом создаются благоприятные условия для дыхания и кровообращения. Однако требование соблюдения строго вертикального положения туловища не означает поддержания в нем напряженности, скованности. Быстрее всего утомление наступает при наклоне туловища вперед или дугообразном его сгибании, когда оператор сидит сгорбившись.
Конечно, неизменное положение туловища тоже не очень удобно, так как вызывает постоянное напряжение мышц спины и шеи, что может привести к появлению чувства онемения и боли. Поэтому следует время от времени слегка изменять наклон. Откидывание туловища назад, особенно при достаточно высокой спинке кресла оператора, не мешает работе. Правда, при этом нарушается привычное, нормальное расстояние от глаз до приборов; однако его можно компенсировать перемещением сиденья вперед. Наклон туловища вперед можно допускать лишь на короткие интервалы времени, в период наиболее напряженной работы, если в этом возникает необходимость.
Ни в коем случае нельзя работать, используя нетабельные сиденья типа табуреток. Отсутствие спинки кресла ведет к быстрому появлению утомления. В перерывах между боевой работой позу следует ослабить, откинувшись на спинку сиденья и изменив положение ног.
Посадка оператора должна быть собранной, удобной, но не напряженной и скованной. Для этого следует провести тренировку, с тем чтобы найти наиболее удобное положение и 219
привыкнуть к нему. Если в процессе работы возникают неприятные ощущения в мышцах и суставах, надо попытаться найти причину и устранить ее.
Чувство онемения в ногах иногда связано с очень глубокой посадкой оператора на сиденье кресла; для его устранения следует слегка сдвинуться вперед. Второй причиной может быть неправильное сгибание ног. Наиболее часто это происходит при очень близком расположении оператора к панелям, когда его колени упираются в кожух аппаратуры и он вынужден отворачивать их в сторону. Боли в области поясницы и мышцах шеи возникают при длительном согнутом вперед положении туловища или от чрезмерно напряженной и скованной позы. При их появлении следует ослабить позу и откинуть туловище назад, более плотно опираясь спиной на спинку кресла. Если боли возникают постоянно, следует слегка поднять спинку сиденья. Боли в передней стенке живота вызваны или очень высоким положением ног или сгибанием туловища. Для их устранения необходимо увеличить высоту сиденья. Часто боль возникает в мышцах шеи и плечах. Она развивается в результате неправильного положения головы оператора из-за слишком далеко отставленного кресла. Стремясь ближе рассмотреть шкалу, оператор вытягивает шею вперед и длительно фиксирует ее в таком положении.
Чрезвычайно важно положение глаз оператора относительно шкалы. При вертикальном расположении шкалы необходимо, чтобы глаза находились «а уровне центра или несколько выше. При более низком уровне положения глаз сильно напрягаются мышцы, что ведет к быстрому их утомлению.
При панелях, расположенных наклонно или горизонтально, следует располагаться так, чтобы линия, соединяющая центр панели с глазами оператора, составляла угол в 45—55° с горизонтальной плоскостью (рис. 34).
Рис. 34. Схема рабочей позы оператора при горизонтальном и наклонном положении пульта
Следует внимательно подойти к выбору расстояния между танелыо и глазами. В каждом отдельном случае оно выбирается оператором индивидуально, в зависимости от особенно-
го
стей зрения. Оператор с близорукостью будет наблюдать за шкалами с более близкого расстояния, чем оператор с нормальным зрением. Однако и здесь имеются некоторые правила.
а) Расстояние должно быть выбрано с учетом обеспечения быстрого и безошибочного различения всех необходимых отметок и сигналов.
б) При этом следует сидеть так, чтобы угол, образованный линией, соединяющей верхний и нижний края панели с глазом, не превышал 50° (рис. 35). Если в поле зрения операто-
Р и с. 35. Зоны расположения приборов
;ра находятся еще приборы, требующие непрерывного наблюдения, то угол обзора их не должен превышать 100°, так как расположенные вне этой зоны предметы рассматриваются нечетко и для снятия с них показаний необходим дополнитель-ный поворот головы и глаз.
в) При соблюдении всех этих правил необходимо стремиться к возможно большему удалению глаз от экрана.
Дело в том, что при рассматривании какого-либо предмета наружные мышцы глаз сводят взор в одну точку. Чем ближе фиксированный взором предмет, тем сильнее должны быть -сведены глаза, тем больше напряжены их мышцы. Кроме того, для фокусирования изображения близких предметов на сетчатке требуется большое напряжение мышцы, изменяющей кривизну хрусталика. Сильное напряжение ее может быть причиной появления рези в глазах и слезоточения.
Приведенное правило не распространяется на операторов с близорукостью, у которых наилучшие условия работы создаются при близком расстоянии от экрана. При рези в глазах, расплывании изображения, слезоточении и т. п. необходимо проверить, выполнены ли все правила работы. Если все .выполнено правильно и признаки утомления все же появляют
221
ся у какого-либо из операторов и отсутствуют у других, работающих в аналогичных условиях, необходимо обратиться к врачу.
Напряженная работа за панелью, даже при соблюдении всех указанных правил, все же может вызвать явления утомления. Однако оно наступает не одновременно у всех операторов и зависит от ряда причин, и в первую очередь от опытности оператора.
Время работы на операторской деятельности сказывается двояким образом. С одной стороны, влияет динамика суточного ритма, с другой — характер предшествующей деятельности.
Влияние ритмики заключается в том, что за суточный цикл наблюдаются этапы максимального уровня функционального состояния и этапы его спада. Как правило, этапы спада приходятся на ночные и особенно предутренние часы.
Влияние предыдущей деятельности заключается в том, что в условиях службы в армии личный состав до и после боевого дежурства выполняет еще ряд других работ — хозяйственных, учебных и т. п.
Влияние на человека косвенных факторов конструктивного решения
К ним относится влияние на функциональное состояние человека ряда условий, не связанных непосредственно с выполнением им рабочих реакций, а обусловленных общим конструктивным решением, таких, как вибрации, тряска, шумы и т. п.
Как правило, действие этих факторов оценивается двояко— по степени влияния их на те функции, от состояния которых непосредственно зависит работа оператора, и по влиянию их на общее состояние человека.
В общем плане первая сторона действия может рассматриваться как действие адекватной или неадекватной помехи нерелевантного характера, причем здесь в основном действуют линейные зависимости. Вторая сторона значительно более сложна, так как здесь существует нелинейная связь. При исследовании различных реакций, характеризующих функциональное состояние человека, подвергающегося действию указанных факторов, можно видеть, что по мере действия развивается постепенное изменение как временных, так и других параметров реакций, однако это не сказывается на характере рабочего процесса; более того, может наблюдаться увеличение точности и быстроты профессиональной деятельности. Происходит как бы перераспределение компенсаторных меха-222
низмов, которые в первую очередь обращаются на стабилизацию уровня профессиональной деятельности.
При определенной выраженности общих реакций наступает такой момент, когда компенсация истощается и возникает нарушение в системах, обеспечивающих рабочие реакции. Это знаменует переход из экстремальных условий в сверхэкстремальные.
Признаки, указывающие на влияние вибрации, весьма многочисленны и довольно пестры, так как их величина и характер зависят от частоты и амплитуды вибрации, длительности и периодичности ее действия и от исходного состояния организма. Наблюдаются изменения артериального давления: минимальное чаще повышается, максимальное может повышаться и снижаться. Происходит снижение чувствительности анализаторов, нарушается работоспособность мышц.
Изменение рабочих реакций проявляется главным образом в более быстрой утомляемости человека, в ухудшении точности и быстроты двигательных актов и, что представляется весьма важным, в изменении основных психологических функций, особенно внимания и объема оперативной памяти.
Тряска по-разному сказывается на рабочей деятельности человека в зависимости от ее периодичности и от величины ускорений, развиваемых телом человека на каждом толчке. Выраженное ухудшение рабочей деятельности операторов наблюдается при воздействии тряски с числом толчков более 25 в минуту и ускорениях во время толчка, больших 8 д.
Несомненно, наибольшее значение из всех указанных выше факторов имеет шум. Под общим понятием шума обычно понимают любой сигнал, возникающий вопреки желанию передающего при передаче сообщения по каналу связи- Это понятие возможно использовать применительно к любым типам искажения любых сообщений — звуковых, зрительных или иных. Так, например, шум может представлять собой импульсную помеху, треск или нелинейные искажения в радиопередаче; белые или черные пятна на экране телевизора; серый фон и т. д.
Можно сказать, что деятельность всех военных специалистов проходит на фоне акустических шумов различной интенсивности. При изучении действия шума на организм человека различают две его стороны — специфическую и неспецифическую.
Специфическая сторона действия шума заключается в его влиянии на слуховой анализатор, воздействие на который приводит к повышению слуховых порогов и маскировки звуковых сигналов. Механизм и различные стороны этого действия шума хорошо известны в литературе, менее ясны роль и значение не-специфического действия шума.
223
Рассмотрим более подробно вопрос о неспецифическом действии шума в условиях, более близких к деятельности военного оператора.
Здесь следует различать три основные формы действия шума:
1) непрерывное многосуточное действие шума;
2) периодические действия шума на протяжении длительного времени;
3) спорадическое действие шума.
Как правило, при непрерывном многосуточном действии шума (например, на кораблях, в стационарных сооружениях) выраженные изменения со стороны сердечно-сосудистой системы, высшей нервной деятельности и ряда других функций появляются довольно рано, уже при интенсивности шума, большей 90 дб, при наличии спектрального максимума в области выше 200 гц. При низкочастотных шумах этот предел повышается до 95—100 дб. Однако исследование рабочих функций показывает относительную сохранность их состояния. Доминирующим в этих условиях является не столько сам шум, сколько его последствия в виде нарушения сна, которые приводят к резкому ухудшению работоспособности.
При периодическом действии шума в условиях нарушенного сна работоспособность целого ряда операторов при действии шума порядка 105—НО дб изменяется относительно мало, однако работа некоторых других операторов резко нарушается даже при действии шума относительно малой величины — 85—90 дб.
Исследования показывают, что работоспособность операторов, деятельность которых связана с выполнением целого ряда сложных репродуктивных операций, с учетом большого количества логических условий, с элементами эвристических действий, начинает интенсивно падать при воздействии шумов.
Следует сказать, что здесь особенно резко проявляется и роль спектральных характеристик шума. Чем более смещен максимум спектральной плотности в сторону высоких частот, тем большее отрицательное действие оказывает шум.
Специфическое влияние на состояние операторов оказывает шум, носящий импульсный характер, однократного или периодического действия. При величинах такого шума около 140— 135 дб, то есть когда не возникает травматических повреждений, может наблюдаться временная дезориентация операторов, причем это нарушение носит более выраженный характер при неожиданном воздействии шума.
Подавление шума должно осуществляться оператором при помощи механизма избирательного восприятия, который отфильтровывает часть элементов полученного индивидуумом сообщения, соответствующего шуму. Задача фильтрации форми-224
руется следующим образом: найти критерий принятия или отклонения элементов полученного сообщения. Для анализа восприятия этим методом необходимо постепенно разрушать воспринимаемое сообщение и исследовать соответственное ослабление восприятия и его причины, с тем чтобы оценить сравнительную ценность отдельных элементов сообщения.
В случаях сильного шума иногда целесообразно снижать его интенсивность, даже если притом одновременно будет снижаться и интенсивность речевых звуков, то есть полезных сигналов. Так обнаружено, что при закрывании ушей разборчивость речи на фоне шума повышается. Это объясняется тем, что на высоком шумовом уровне достигается некоторая критическая точка, где дополнительная интенсивность (речь) не различается. Но при уменьшении интенсивности и шума, и сигнала на одну и ту же величину она переводится в область ниже критической точки, и речевые звуки становятся различимыми.
Очень часто оператору приходится работать в таких условиях, когда одни речевые сообщения накладываются на другие (образуется так называемая аддитивность). Возникает необходимость их селекции, которая может быть выражена двумя вариантами: либо как задача приема одного сообщения при игнорировании других, либо как задача переменного переключения внимания от одного сообщения к другому.
Исследования показали, что основанием, по которому осуществляется селекция, является содержание сообщения (при условии, если уровень громкости выделяемого сообщения не будет значительно ниже общего уровня аддитивности). Оператор, принимая какое-либо сообщение, выделяет его из всего поступающего потока информации, ориентируясь на смысл.
Влияние на человека гигиенических условий работы
В эту группу входят все условия, определяющие воздействие окружающей среды на организм человека: рабочий объем помещения, микроклимат, освещенность, газовый состав воздуха и т. п.
Эти условия выделены в специальную группу лишь для того, чтобы подчеркнуть их происхождение, связанное непосредственно с работой техники; во всем остальном они общие с факторами, входящими в следующую группу.
Влияние на человека факторов внешней среды
Сюда относятся все перечисленные выше факторы, но зависящие не от работы машины или другого управляемого человеком объекта, а от действия тех природных и других внешних условий, формирующих среду, в которой находится система.
3:5 Военная инженерная психология 225
Наиболее значительным физическим фактором является микроклимат, особенно температура и влажность воздуха. Исследования многочисленных авторов показывают, что высокая температура в сочетании с высокой влажностью воздуха оказывает большое влияние на работоспособность операторов. Резко увеличивается время сенсорных и моторных реакций, нарушается координация движений. Сравнительно недавно получены данные, показывающие, что высокая температура отрицательно сказывается и на ряде психологических функций человека. Уменьшается объем оперативной памяти, резко суживается способность к ассоциациям, ухудшается протекание группировочных и счетных операций, несколько реже понижается внимание.
Следует сказать, что механизм этого явления двоякий. У людей нетренированных, не адаптированных к действию высокой температуры эти нарушения являются следствием рефлекторного действия тепла, так как они появляются относительно быстро после начала действия тепла при сохранении нормальной температуры тела человека.
При обычных средних уровнях адаптации эти изменения возникают лишь при нарушении процессов терморегуляции и прогрессивно увеличивающейся температуры тела. При высокой адаптации к теплу указанные нарушения в определенных температурных границах возникают в момент, когда к явлениям перегревания присоединяются симптомы дегидратации организма.
Ниже приведены данные, показывающие изменение числа ошибок при записи радиопередач по азбуке Морзе в зависимости от эффективной температуры среды за один час работы (по Макворту). При температуре 26° было сделано 12 ошибок, при 33° — 17 н при 36° — 95 ошибок.
Относительная влажность в пределах 30—60% мало сказывается на состоянии человека, однако по мере ее повышения, особенно при высокой температуре среды, ее значение становится все более и более выраженным. При влажности, достигающей 99—100%, практически выключается регулирующий механизм потоотделения и быстро наступает перегревание.
Очень тесно связан с вопросом микроклимата и газовый состав воздуха. Здесь обычно исследуют две группы факторов: а) изменение обычного состава воздуха—кислорода и углекислого газа; б) посторонние примеси к нему в результате работы техники.
Благоприятными условиями газового состава воздуха считается содержание кислорода—19—20%, углекислого газа— 0,1—0,8%; допустимыми значениями, при которых не происходит выраженного снижения работоспособности: кислорода— 18—19%, углекислого газа—1—2%. Снижение содержания кислорода ниже 16% и повышение содержания углекислого газа 226
выше 3% являются недопустимыми и ведут к выходу людей из строя.
Посторонние примеси к воздуху возникают вследствие попадания в обитаемые отделения пороховых газов, отработанных газов двигателей, продуктов испарения и возгонки масел, подгорания и испарения различных синтетических материалов и т. п.
Наиболее постоянным компонентом всех примесей является окись углерода. Первые признаки отравления окисью углерода выражаются в головной боли, чувстве давления в голове, пульсации в висках, головокружении, спутанности сознания, вялости, слабости в ногах, нарушении координации движений, тошноте, рвоте. Появляется одышка, сердцебиение, покраснение лица. Однако еще до появления этих признаков наблюдается также ряд изменений со стороны ряда психических функций, в первую очередь внимания и памяти, ухудшается точность движений и быстрота выполнения сложных координированных актов.
Изменения подобного рода возникают, если концентрация СО в воздухе при длительном пребывании человека достигает величины 0,03 мг/л. При кратковременных экспозициях до одной минуты концентрация может быть повышена до 1,5 .мг/л.
Приведенные выше цифры относятся к человеку, находящемуся в комфортных температурных условиях и не выполняющему тяжелой физической работы. При высоких температурах токсическое действие СО резко возрастает, и с температуры выше 30°С допустимые концентрации уменьшаются вдвое.
При оценке газового состава воздуха следует всегда помнить о наличии в обитаемых отделениях застойных зон, которые могут сохранять высокую концентрацию вредных примесей.
Результаты работы операторов в большой степени зависят и от освещенности рабочих мест. Освещенность рабочих поверхностей в производственных и подсобных помещениях рекомендуется поддерживать согласно требованиям (табл. 14).
Нарушение этих правил приводит к быстрому утомлению зрения.
Как уже указывалось выше, в комплексе причин, определяющих эффективность деятельности оператора, помимо факторов внешней среды входят неразрывной частью психофизиологические факторы. Эти факторы могут быть специфическими, направленными на какую-либо одну сторону или аспект деятельности. К ним относятся такие факторы, как мотив, установка, цена действия или ошибки и т. п. Вместе с тем существует и ряд неспецифических факторов, сказывающихся на работе
227
Таблица 14
Нормы искусственного освещения
Характеристика работы Размер объекта различения, ММ Контраст об ьекта с фоном Фон Наименьшая осиешепиость в люксах
при люминесцентных лампах при . накал ампах ивания
комбинированное освещение одно общее освещение комбинированное освещение одно общее освещение
Особо 0,1 и Малый Темный, 3 000 750 1 500 300
точная менее светлый
Средний Темный, 2 000 750 1 000 300
светлый
Большой Темный, 1 500 500 750 300
светлый 750 300 400 150
Высокой 0,1 — Малый Темный, 2 000 750 1 000 300
точности 0,3 светлый
Средний Темный, 1 000 400 500 150
светлый
Большой Темный, 750 200 400 100
светл ып 500 150 300 75
Точная 0,3- Малый Темный, 1 000 300 500 150
1,0 светлый
Средний Темный, светлый 750 200 400 100
Большой Темный, 500 150 309 75
светлый 400 150 200 50
Малой 1,0- Малый Темный,
ТОЧНОСТИ 10 светлый 150 150 150 50
Средний Темный, 150 150 150 50
светлый 100 100 100 30
Большой Тем ный, светлый 100 100 100 30
Грубая Более 10 Независимо от отраже- 100 100 100 30
ния и контраста
Работы с самосветя-щимися предметами и материалами 150 150 50
228
оператора, безотносительно к специфике его деятельности. К числу таковых следует в первую очередь отнести эмоции.
При анализе воздействия этих психологических факторов и условий обитаемости прежде всего бросается в глаза прямое влияние их друг на друга.
С одной стороны, достаточно четко прослеживается зависимость ряда психологических качеств от характеристики внешней среды. Убедительным является положение о том, что при неблагоприятных микроклиматических условиях работы уменьшаются или исчезают положительные мотивы, возникают состояния отрицательного знака и т. п.
В то же время правильно поставленная психологическая подготовка, создание положительных эмоций и мотивов позволяют оператору в большей степени противостоять влиянию внешних факторов и достаточно долго поддерживать должный уровень работоспособности.
5. ПРОБЛЕМЫ ПСИХОЛОГИЧЕСКОГО ОТБОРА
Психологический отбор военных специалистов
Задача обеспечения максимальной эффективности работы систем управления, включающих человека, обычно решается двумя путями. Один из них связан с приспособлением машины к человеку и состоите разработке таких конструктивных решений, которые наиболее полно соответствуют психофизиологическим возможностям человека. Этот наиболее перспективный путь, к сожалению, в условиях военной техники не всегда может быть полностью использован. Поэтому большое значение приобретает второй вариант—приспособление человека к новым условиям труда, то есть обучение, тренировка, адаптация и т. д. Его возможности также ограничены, в силу как лимитированных способностей приспособления, так и времени, необходимого для овладения профессией.
В этих условиях очень важным становится использование еще одного пути—психофизиологического отбора военных специалистов, то есть системы мероприятий, позволяющих выбрать для работы по определенным специальностям лиц, наиболее подходящих по своим психофизиологическим качествам. Таким путем можно повысить не только эффективность работы системы управления, но и значительно уменьшить сроки обучения п тренировки, сократить отсев личного состава.
Опыт показывает, что, чем сложнее становится военная техника, чем шире диапазон ее применения, тем все большее и большее значение приобретают вопросы психофизиологического отбора.
Уже в первые годы существования Советского государства перед специалистами возникла важная проблема—изучить психофизиологию военного труда, выяснить специфику формиро
229
вания военных знаний, умений и навыков, разработать методы отбора контингента, способного овладеть различными видами военной деятельности.
В этот период по инициативе В. И. Ленива развернулось широкое движение по научной организации социалистического труда (НОТ), которое включало в себя и разработку вопросов психологического профессионального отбора. Были начаты поиски нового, научно обоснованного, диалектико-материалистического подхода к проблеме отбора в армии.
Все это привело к созданию в армии психофизиологических лабораторий в округах, военных школах летчиков и некоторых других учебных заведениях, готовящих специалистов родов войск. В лабораториях разрабатывались и реализовались на практике методы и критерии психологического отбора военных специалистов.
Эту работу возглавляла секция психофизиологии при Малом академическом совете Реввоенсовета Республики, а затем Центральная комиссия по организации психофизиологических испытаний в Красной Армии.
Проделанная работа нашла свое отражение в двух инструкциях: «По проведению психофизиологических испытаний кандидатов в летные училища» (1931 г.) и «О психотехнических испытаниях в военно-учебных заведениях и красноармейских частях» (1932 г.).
В послевоенный период в связи с быстрым прогрессом военной техники и изменением условий ее использования, оснащением Вооруженных Сил ракетно-ядерным оружием, внедрением радиоэлектроники и автоматики резко возросли запросы к психофизиологическим качествам человека, что потребовало серьезного научного отбора военных специалистов, в первую очередь операторов различных радиоэлектронных систем. Перед советскими военными психологами встали новые неотложные задачи.
Был разработан и введен обязательный психологический отбор в высшие военные авиационные училища летчиков, разработан ряд требований к специалистам Военно-Морского Флота и других родов войск1.
Интенсивная работа в этом плане проводится и в вооруженных силах ряда капиталистических стран. В армиях США, Франции психологический отбор в какой-то степени заменяет и экзамены по общеобразовательной подготовке, и медицинское психоневрологическое обследование, и оценку морально-политических качеств. Эта крайность тем не менее свидетельствует о том значении, которое придается названным вопросам в современных вооруженных силах.
1 См. И. Петров, Е. М и л еря н. Психологический отбор специалистов. «Техника и вооружение», 1966, № 3, стр. 28—31.
230
Введение в США подобной системы отбора позволило сократить отсев из летных училищ с 72 до 36 % По подсчетам американских специалистов, отбор приносит 1 млн. долларов экономии на каждые 100 подготовленных летчиков.
С точки зрения советских ученых, психологический отбор военных специалистов ставит своей задачей выявление способностей, то есть таких совокупностей психофизиологических качеств, которые благоприятствуют освоению определенной военной специальности. С этой точки зрения он полностью отличается от других видов отбора, таких, как отбор по морально-политическим качествам, уровню образования, физической подготовленности и по медицинским показателям.
Теоретические основы психологического отбора
Основой теории отбора является учение о соотношении врожденных и приобретенных качеств, свойствах личности, которые формируют способности.
Под способностями в психологии понимают комплекс свойств, являющихся условием успешного выполнения определенных видов деятельности. Различают способности общие и специфические. К первой группе относятся такие, как хорошая долговременная и оперативная память, способность сосредоточивать и удерживать внимание на одной операции и т. д. Примером способностей второй группы может быть музыкальный слух.
Индивидуальные свойства личности человека проявляются в трудовом процессе.
В. И. Ленин высказал определенную точку зрения по этому поводу: «Когда говорят, что опыт и разум свидетельствуют, что люди не равны, то под равенством разумеют равенство способностей или одинаковость физических сил и душевных способностей людей.
Само собой разумеется, что в этом смысле люди не равны. Ни один разумный человек... не забывает этого»1.
По своим психофизиологическим свойствам люди не равны от рождения. Однако большинство свойств в силу пластичности человеческого организма может развиваться п изменяться в процессе индивидуальной жизни. Поэтому направленное воспитание и обучение, безусловно, дает положительный эффект. Степень этого эффекта неодинакова, так как имеются относительные ограничения изменчивости психофизиологических свойств человека, такие, как дифференциальные пороги ощущения, оперативная двигательная память, способности восприятия и т. д. В связи с этим профессиональный психологический! отбор ставит задачу выявить таких лиц, у которых процесс обу
1 В. И. Л е н и н. Поли. собр. соч., т. 24, стр. 361—362
231
чения дает максимальный эффект при минимальном времени обучения.
В вооруженных силах психологический отбор имеет особоважное значение, во-первых, в силу больших требований, предъявляемых рядом профессий к психофизиологическим качествам, и, во-вторых, из-за необходимости, особенно в военное-время, сокращать сроки подготовки специалистов.
Проблема сходства и различия между отдельными индивидуумами уже давно интересовала исследователей. Но только лишь в результате работ И. П. Павлова, показавшего, что основа различных типов высшей нервной деятельности лежит в различиях между силой, подвижностью и уравновешенностью основных нервных процессов — возбуждения и торможения, началось настоящее научное исследование индивидуальных психологических различий.
Дальнейшее изучение этого вопроса, проведенное Б. М. Тепловым и В. Д. Небылициным1, показало наличие у человека-четырех основных свойств нервной системы: силы, динамичности, подвижности и лабильности. Каждое из них характеризуется тремя показателями: по возбудительному процессу,, тормозному и их балансу (уравновешенности).
Психофизиологические особенности личности складываются не только из основных свойств нервной системы и их комбинаций, но из многих других качеств, которые пока менее изучены в относительно «чистом» виде. Поэтому для получения разносторонней психофизиологической характеристики людей необходимо применять различные методические приемы, исходя из представлений о структуре личности.
Структура личности и классификация психофизиологических свойств
Термином «личность» в широком смысле обозначают совокупность всех качеств индивидуума, включая морфологические, физиологические особенности, потребности, 2интересы, I мировоззренческие качестваДтемперамент и-(способности. Для решения задач псщимодического отбора наибольший интерес представляют последние четыре группы. В соответствии с принятыми в советской психологии понятиями их лучше рассматривать как три большие, существенно различные области свойств. Первая область связана с процессами переработки информации (восприятие, мышление, память и т. п.); вторая — с активационными процессами, то есть такими явле
1 См. Б. М. Теплов. Типологические особенности высшей нервноГг деятельности человека, т. ,1, 1956; т. 2, 1959; т. 3, 1963; т. 4, 1965; т. 5-, 1967; В. Д. Небылицин. Основные свойства нервной системы человека. М_, 1966.
232
ниями, которые обеспечивают определенный уровень бодрствования, концентрацию и распределение внимания, волевые напряжения. Эти процессы направляют и задают уровень качества переработки информации человеком. Третья, область включает в себя такие социально-психологические состояния, как сознательное отношение к деятельности, цели и мотивы.. Последние две области свойств применительно к особенностям конкретного человека п обозначают часто личностью в узком смысле слова. Психологический или, точнее, психофизиологический профессиональный отбор основан на выявлении индивидуальных различий в качествах, определяющих процессы преимущественно первых двух областей.
Приведенная классификация многомерна, то есть основана на нескольких критериях. Человек не может быть охарактеризован только с точки зрения, например, его мыслительных, определяющих выполнение трансформирующих операций по переработке информации особенностей. Необходимо знать его эмоциональную устойчивость, волевые качества и т. д. Поэтому, как правило, при психологическом отборе приходится применять большое число методов, моделирующих те или иные стороны процессов переработки информации, активационных процессов, проявлений мотивации.
Принципы отбора
/ Первым, принципом следует назвать этапность. Наиболее перспективным представляется проведение трехэтапного отбора военных специалистов.
Первый этап.—отбор по медицинским показаниям. Его основная задача состоит в том, чтобы исключить лиц, которые по состоянию здоровья не могут выполнять те или иные функциональные обязанности. Основные правила этого этапа разработаны довольно хорошо и применяются в практике работы ВВК. Следует обратить внимание на то, что задача первого этапа негативная, то есть определить непригодность того или иного* контингента, а не наоборот.
2 Вторым этапом.отбора должно быть определение степени пригодности того или иного индивидуума для выполнения профессиональных обязанностей или для обучения. Основной трудностью здесь является установление объективных критериев. Эти критерии не могут быть строго фиксированными, они изменяются под влиянием ряда условий, в частности параметров машины, факторов внешней среды, допустимого времени тренировки и обучения и, наконец, социально-экономических возможностей выбора.
Отсюда вытекает небходимость деления всего отбираемого» контингента на три группы: безусловно пригодных, условно пригодных и непригодных, ^безусловно пригодным относятся
233
лица, которые будут успешно выполнять свои профессиональные обязанности на имеющихся образцах военной техники при существующих режимах обучения и тренировки. К группе условно пригодных должны быть отнесены две категории. В одну из них войдут лица, которые будут справляться со своими обязанностями, но в своей работе будут допускать ошибки, обусловленные некоторыми изменениями параметров действующих на них факторов. Причем эти ошибки лишь незначительно снижают общую боеспособность функциональной военной единицы. В другую категорию войдут лица, нуждающиеся в увеличении сроков обучения и изменении режимов тренировки. Естественно, что привлечение лиц этой группы к выполнению профессиональных обязанностей будет зависеть от ряда общих условий, не входящих в компетенцию медицинской службы. Наконец, в группу непригодных будут входить все те лица, работа которых в качестве военных специалистов может, безусловно, 'Снизить общую боеспособность функционального звена даже при изменении режима обучения и тренировки.
4 Третий этап отбора обязан стать контрольным. В его задачу входит, во-первых, своевременное выявление среди обучающихся или уже работающих специалистов лиц, которые не могут выполнять свои функции вследствие появления неблагоприятных изменений первоначального состояния систем и организма либо в результате несовершенства отбора, и, во-вторых, определение точности и правильности первых этапов отбора и выявление их слабых сторон.
$ Второй принцип—это активный отбор. В настоящее время существует тенденция сузить контингент отбираемых лиц путем повышения требований. Этот путь является наиболее легким, однако не самым лучшим.
Возможность расширения контингента отбираемых лиц вытекает из принципа активного отбора. Под активным отбором понимается: максимальное приспособление органов управления машины, с которыми взаимодействует человек, к его функциональным характеристикам; рациональная автоматизация ряда операций; разработка алгоритмических систем обучения; оптиматизация режимов тренировки; внедрение неспецифических средств повышения функциональных характеристик человека.
Иначе говоря, нужно строить систему отбора в неразрывной связи с использованием других путей повышения эффективности трудовой деятельности. Особо следует подчеркнуть важность разработки способов развития недостаточно совершенных психических качеств, выявляемых при отборе. Рядом исследователей (С. Г. Геллерштейн1 и др.) было показано, что путем
1 См. С. Г. Геллерштейн. Чувство времени и скорость двигательной реакции. М., Медгиз, 1958.
234
специальной индивидуализированной тренировки можно существенно улучшить такие качества, как чувство времени, скорость психомоторной реакции и т. д.
В порядке обсуждения следует выдвинуть еще принцип динамичности критериев. Дело в том, что сейчас проводится отбор по показателям, которые должны, по мнению исследователей, обеспечивать отличное выполнение функциональных обязанностей специалистами. Однако в ряде случаев можно вести отбор не по верхнему, а по среднему или даже нижнему критерию, то есть определять возможную величину снижения боеспособности, на которую следует пойти за счет расширения круга привлекаемых специалистов. Важно подчеркнуть, что вопрос о допускаемых пределах снижения боеспособности почти не разработан.
Наконец, еще один принцип. Сейчас разработка систем отбора ведется явно неэкономно, так как разрабатываются критерии для конкретных военных специалистов, преимущественно по принадлежности к родам войск. Число таких специалистов огромно, и мы рискуем утонуть в необозримом множестве методик. Кроме того, неизбежно возникают дублированные работы. Методы и принципы отбора должны разрабатываться для групп специалистов, объединенных по функциональному признаку, независимо от войсковой принадлежности, то есть необходимо руководствоваться классификацией, которая приведена в главе «Основы психофизиологической классификации военной деятельности». Это позволит при изменении конструктивных решений военной техники не разрабатывать новых методов или критериев отбора, а теоретически предсказать, в какую из уже имеющихся групп могут быть отнесены работающие на этой технике специалисты.
Для успешного решения задачи разработки систем психологического отбора военных специалистов необходима определенная последовательность действий. Общая задача заключается в выборе наиболее информативных методик, с помощью которых можно было бы полностью охарактеризовать те качества специалистов, от которых зависит успешная работа. Особая трудность заключается в том, что надо охарактеризовать не только наличные свойства, но и предсказать, как они будут развиваться при обучении и тренировке.
Начинать исследование нужно с проведения анализа про-фессиограммы специалистов. Нет нужды анализировать всю деятельность, следует выделить лишь некоторые, наиболее ответственные ее части (операции). При этом следует основываться не столько на субъективных данных, получаемых от опытных специалистов и командования, сколько на объективных материалах, получаемых при анализе успеваемости личного состава в процессе учебной подготовки и при изучении учебно-боевой работы в частях.
235
Все это явится основным материалом для составления окончательной схемы нагрузки на органы и системы организма на-каждом из последовательных этапов рабочего процесса и определения функции этих систем, обеспечивающих наиболее успешное выполнение работы. Затем необходимо подобрать методики. Наиболее важными качествами методик, применяемых при отборе, являются их информативность, адекватность и прогностичность.
Под информативностью методики в данном случае понимается ее способность доставлять наиболее полные сведения о состоянии исследуемой функции, а под адекватностью—соответствие данных, полученных с помощью этой методики, с теми, которые можно было бы получить при исследовании функции ы профессиональных условиях. Наконец, прогностичность методики обусловливает наиболее полное раскрытие будущих свойств того или иного психофизиологического качества при реальной работе или обучении специалиста.
Основное условие выбора методики должно заключаться в-том, чтобы она улавливала динамику функции в процессе различных фаз работоспособности. Важно не только наличное состояние функции, но и характер ее изменения при различных воздействиях, так как, если будут приняты указанные выше-принципы отбора, появится необходимость определения степени снижения той или иной функции, не допустимой при работе специалиста. Пожалуй, наиболее трудным является второе требование, ибо оно предполагает обязательное предварительное знание корреляции показателей той или иной лабораторной методики с эффективностью реальной работы специалиста.
Следует иметь в виду, что бессмысленно ждать разработок каких-то абсолютных методик, наверняка определяющих и предсказывающих дальнейшие успехи специалистов. Каждый-отбор носит статистический характер, то есть речь может идти лишь о большей или меньшей вероятности совпадения прогноза, сделанного при отборе с фактическими показателями обучения и качеством работы по специальности.
Методы и приемы психофизиологического обследования
Психофизиологическое изучение человека проводится комплексно и включает четыре основных метода исследования: метод беседы, самоотчета, наблюдения и метод специальных тестов. Это обусловлено тем, что при любом исследовании, проводимом на человеке, мы сталкиваемся с целым рядом индивидуальных характеристических особенностей, формирующих то, что мы называем личностью в узком смысле слова. Эти особенности определяются совокупностью врожденных факторов, социальной средой, в которой формировалась личность, интере-236
сами, вкусами, образованием, жизненным опытом, наконец, той установкой, которая имеется у испытуемого, знающего цели и задачи психофизиологического эксперимента.
Одной из задач психофизиологического исследования при отборе является оценка роли перечисленных факторов в формировании поведения человека, поскольку они будут сказываться в последующем на выполнении им своих профессиональных обязанностей.
В зависимости от непосредственных задач эксперимента он должен проводиться так, чтобы или нивелировать действие большинства из указанных факторов, или позволить выявить комплексное их влияние на характер поведения человека.
Все это накладывает очень строгие ограничения на правила, определяющие постановку психофизиологического эксперимента.
Независимо от задач, преследуемых экспериментом, экспериментатор должен:
а) быть знакомым с личностными особенностями испытуемого;
б) создать перед экспериментом и поддерживать в период его проведения необходимое отношение испытуемого к исследованию и уровень его активности;
в) стремиться к соблюдению максимальной стандартизации исследования;
г) учитывать при анализе результатов исследования субъективные оценки, мнения, замечания испытуемого, а также данные своих собственных наблюдений за его поведением.
Изучение особенностей личности
Изучение особенностей личности, как правило, основывается на использовании трех методических приемов: беседы, наблюдения и самоотчета.
Нам представляется, что беседы и наблюдения являются сейчас, пожалуй, единственными удобными методами выявления при отборе таких качеств, как целевая установка, чувство долга и ответственности, интерес испытуемого, трудолюбие, общительность, застенчивость, обидчивость и т. п.
Результаты, полученные при беседе, не должны рассматриваться в качестве имеющих самостоятельное, доминирующее значение. Как и все другие методы психофизиологических экспериментов, беседы обязаны входить составной частью в общую комплексную оценку отбираемых кандидатов.
Метод наблюдения применим лишь к узкому кругу отбираемых лиц. Он является очень действенным в случаях постановки задач не столько отбора, сколько подбора функционально взаимодействующих лиц, и когда экспериментатор не ограничен во времени, как это бывает при массовом отборе.
237
Метод самоотчета, самонаблюдения в практике отбора не имеет самостоятельного значения; он входит составной частью в беседу, однако его необходимо всегда учитывать как способ, позволяющий выявить такие качества, как самопознание, самоотчет в целях самоконтроля и т. п.
1. Метод беседы. В зависимости от целей исследования, имеющегося в распоряжении времени, особенностей экспериментатора (умение установить контакт с испытуемым, опыт работы и т. п.) беседа может проводиться им как свободный разговор двух собеседников или анкетный опрос. Поэтому следует различать развернутый и сокращенный методы беседы, или, как говорят, нестандартизированный и стандартизированный виды интервью.
Независимо от принятого метода беседы необходимо провести ряд подготовительных мероприятий. Они слагаются из многих моментов: ознакомления с общими анкетными данными испытуемого, его личным делом; выявления общих и частных задач, которые предполагается решить в процессе беседы; составления плана беседы и определения главного направления разговора и четкой формулировки основных ключевых тестов испытуемому в общем ходе беседы (прямые и косвенные вопросы); подготовки помещения для беседы.
а) Развернутый метод беседы. Успех опроса по такому методу в значительной мере зависит от такта экспериментатора, от умения расположить к себе собеседника и вызвать его на непринужденный откровенный разговор. Несмотря на то что беседа должна проводиться в свободной манере, следует придерживаться определенной схемы, чтобы не упустить важных вопросов и легче записать полученные сведения. Экспериментатор, учитывая задачи исследования и имея приблизительные характеристики лиц, с которыми предстоит встреча, должен эту схему сам творчески корректировать.
Полученные при беседе данные могут служить выяснению поставленной задачи. Однако независимо от этого всегда следует обращать внимание на отношение испытуемого к тому пли иному затронутому в беседе вопросу. Отношение его может быть безразличным, рассудочно положительным или отрицательным и негативно или позитивно эмоционально окрашенным. Здесь очень важно выяснить причины этого отношения, установить, связаны ли они с особенностями личности или являются результатом случайного стечения обстоятельств.
Очень осторожно следует относиться к постановке вопросов о наличии у испытуемого того или иного качества. Практика показывает, что ответ на такие вопросы чаще всего бывает ситуационный и не отражает внутреннего убеждения обследуемого. Целесообразнее задавать окольные, косвенные, вопросы пли спрашивать мнение испытуемого, приводя ему различные ситуации.
238
Сравнение ответов на прямые и косвенные вопросы позволяет пролить дополнительный свет на личностную характеристику испытуемого.
Следует заметить, что при правильной постановке вопросов, продуманности общего плана беседы опытный экспериментатор всегда может быть гарантирован от получения фальсифицированных сведений от обследуемого лица.
Типовая схема беседы. Анкетные данные (см. табл. 15). Анамнез. Занятие родителей, состав и материальное положение семьи, особенности школьного периода (преобладающие интересы, здоровье, успеваемость, дисциплина). Характеристика трудовой деятельности (интерес к работе, темп, утомляемость, поощрения, взыскания, как часто менял место работы). Какие качества тренировались в процессе трудовой деятельности, вид н форма труда, форма и объект тренировки, контакты с партнерами по работе. Употребление алкоголя, табака, других наркотиков, почему начал их употреблять, какая реакция организма.
Направленность личности. Склонности и увлечения; время появления и в чем выражаются (спорт, театр, кино, музыка, изобразительное искусство, математика, история и т. д.). Какие цели ставит перед собой в жизни. Участие в общественной работе. Чем охотнее всего занимается в свободное от работы время (шахматы, игра в домино, посещение спортивных соревнований, концертов, чтение художественной литературы и Т. д.).
Характерологические особенности. Поведение в опасных, стрессовых ситуациях; применение рассудочного плана и волевого акта к тяжелым, гнетущим, ненужным эмоциям; время наступления физической усталости в процессе трудовой деятельности; организация выборочных восприятий; необходимость для продуктивной работы специальных условий.
Темпы работы: быстро или медленно, всегда в ровной манере. систематично или порывами. Какое настроение преобладает: приподнятое, угнетенное, спокойное, ровное или часто меняется.
Наличие или отсутствие резких конфликтов с другими людьми, в чем они выражаются. Как переносит необходимость ожидания: спокойно, нетерпеливо, с сильным раздражением.
Легко или с трудом переходит с одного вида занятий на другой. Творческая инициатива и активность в работе, общественной деятельности. Поведение перед публичными выступлениями, на экзаменах (взволнован, апатичен, спокоен). В чем это волнение проявляется (заторможенность, суетливость, потеря памяти, потеря выработанных ранее навыков). Есть ли специфические страхи—«стартовая апатия», «стартовая лихорадка», боязнь высоты, воды, огня. Как быстро успокаивается пос-
239
,ле волнения. Умение сохранять внешнее спокойствие. Сосредоточение, волевая концентрация мысли в поле сознания для бо-' лее быстрого качественного моделирования объектов окружающего мира.
Критичность по отношению к себе. Как оценивает свои склонности, достоинства, недостатки.
Особенности памяти, мышления. Хорошо запоминает материал: при зрительном предъявлении, слуховом, при движениях (записывая), когда есть возможность установить причинно-следственные отношения или другие виды ассоциаций. Что лучше запоминается и сохраняется в памяти: числа, имена, смысловые сообщения. Какой уровень памяти (воспроизводящая, опознающая, облегчающая) наиболее активизирован.
Практический или теоретический (абстрактный) склад мышления.
Выводы и заключения по результатам беседы обычно делаются с учетом результатов наблюдений за поведением испытуемого в процессе беседы (см. ниже).
Ряд особенностей имеют беседы (пли, как принято в данном случае говорить, интервью), направленные на выяснение социально-психологических вопросов1.
б) Сокращенный метод беседы. Сокращение беседы по объему и времени может быть достигнуто двумя путями: за счет исключения ряда вопросов или посредством такой тестовой постановки, которая позволяет отвечать лаконично (в дихотомическом плане). Последний способ имеет то преимущество, что позволяет получать материал в виде, удобном для статистической обработки.
Результаты беседы регистрируются в специальном бланке, в графах которого должны также записываться результаты наблюдений экспериментатора за поведением испытуемого и мнение командования (сослуживцев, родителей, старших товарищей и других лиц).
2. Метод наблюдения. Наблюдение еще в большей степени, •чем беседа, дает достоверный материал для психологической характеристики при условии достаточного опыта экспериментатора, умения замечать и правильно трактовать те или иные особенности в поведении испытуемого.
Метод наблюдения давно используется в психологии. Имеется ряд руководств, к сожалению, старых, в которых приводятся перечни признаков разных психических состояний и даются практические рекомендации по их диагностике. В разработке этого метода большая заслуга принадлежит русскому
1 См. А. Л. Свенцицкий. Интервью как метод исследования социально-психологических явлений. Проблемы общей, социальной и инженерной психологии. Л. Изд. ЛГУ, /1966.
240
психологу А. Ф. Лазурскому1 и его ученику М. Я. Басову2. Их основные работы вполне могут быть рекомендованы и сейчас. Полезно использовать недавно изданные монографии Н. Д. Левитова3 и А. А. Бодалева4.
Существуют методы пассивного психологического наблюдения и активного.
а) Пассивный метод наблюдения. Метод называется пассивным (потому, что экспериментатор проводит наблюдения за испытуемым в (различных ситуациях, создаваемых самой жизнью. Наиболее часто психологу приходится вести наблюдения при (выполнении человеком его обычной трудовой деятельности или в период беседы. Не следует забывать о необходимости тщательного наблюдения (и записи результатов этих наблюдений) во время любого психологического исследования.
Улучшение этих приемов, направленное на то, чтобы затруднить испытуемому угадывание «наилучших» ответов, состоит в введении «принудительного выбора» с элементами двух или большего числа различных качеств, сгруппированными по два, по три, а также в применении эмпирических взвешенных оценок, основанных на выполнении работы несходными группами.
Повышение устойчивости оценок может быть достигнуто путем последовательной перекрестной проверки. Надежность анкетных методов возрастает, если в них включается оценка социальной и личной «приспособленности» и удовлетворенность работой.
Психолог, ведущий наблюдения, должен иметь опыт восприятия таких признаков человека, которые большинство людей не замечают (симметричный или асимметричный профиль лица, осанка, цвет кожи на шее, «поведение» рук, форма зубов и т. д.).
Следует придерживаться и определенного плана наблюдения. В качестве примера приведем описание признаков, которые целесообразно иметь в виду, проводя наблюдения в психологической беседе.
Прежде всего обращается внимание на то, как испытуемый вошел в комнату: смело, нерешительно, излишне развязно, скованной или свободной походкой. Какая у него мимика, цвет кожи на открытых частях тела. Имеет значение поза на стуле, положение рук, их движения, отношение к новой для него об-
1 См. А. Ф. Л а з у р с к и й. Психология общая и экспериментальная. Л., Госиздат, 1925.
2 См. М. Я. Басов. Методика психологических наблюдений за детьми. М.—Л., Госиздат. 1926.
3 См. Н. Д. Левитов. О психологических состояниях человека. М., «Просвещение», 1964.
4 См. А. А. Бодалев. Восприятие человека человеком. Л. Изд. ЛГУ, 1965.
16 Военная инженерная психология
241
становкс (разглядывает окружающие предметы или сосредоточенно смотрит на экспериментатора и т. д.).
Далее в процессе беседы экспериментатор отмечает, легко ли испытуемый вступает в разговор, охотно ли отвечает на вопросы, старается ли отвечать полно, излишне полно или лаконично, приходится ли повторять вопрос, чтобы получить ответ. Необходимо обратить внимание на грамматическое и стилистическое построение речи; адекватность ответов; наличие таких особенностей речи, как обмолвки, недоговоры, оговорки, запинание, заикание; нет ли различных видов уклонения от ответов; интонационный строй фраз, богатство лексики; особенности эмоциональных реакций (сдержанность, уравновешенность); держится ли испытуемый свободно или напряженно, развязно или смущенно, изменяются ли на протяжении беседы эти состояния; движения окованные, одержанные или порывистые; мимика: живая, подвижная, малоподвижная, выразительная, невыразительная; жест; быстро ли и хорошо понимает вопросы, отвлекается или нет от беседы при посторонних раздражителях (стукв дверь, падениепредметови т. п.), легко ли переходит с одной темы разговора на другую, нет ли «вязкости», «застывания», излишней детализации в ответах; находчивость, понимание юмора; соответствует ли уровень развития интеллекта и знаний полученному образованию; задает ли в процессе беседы встречные вопросы, какого характера (углубляющего предмет разговора, на посторонние темы, отражающие скептическое отношение к беседе и т. п.). Наличие вегетативных реакций — появление капелек пота, покраснение или побледнение лица и т. п.
Результаты наблюдений необходимо анализировать, обобщать и делать выводы относительно психологических особенностей данной личности. При этом можно пользоваться схемами, представленными в табл. 15 и 16.
б) Активный метод наблюдения. Этот методназывают еще «естественный эксперимент» или «ситуационный тест». Сам метод наблюдения остается тем же, что и описанный выше. Но если при пассивном методе экспериментатор вынужден наблюдать человека в условиях, случайно обусловленных жизнью, или в специфических условиях беседы, то при активном методе условия создаются самим экспериментатором. Например, для того чтобы оценить скорость и координированность двигательных реакций у детей, с ними можно провести подвижные игры и понаблюдать их в этой ситуации.
Естественный эксперимент может играть большую роль в оценке эмоционально-волевых и мотивационных качеств человека. С этой целью американские психологи применяют, например, способ провокационной беседы: как будто случайно встретившийся с испытуемым человек начинает вести с ним разговор в раздражающем тоне; имитируют также аварийные 242
Таблица 15
Карта оценки психологического состояния
„"19_____________года
1.____________________________;_______
(фамилия, имя, отчество)
2._ 3. 4. (стаж)
(возраст) (специальность)
5._ (партийность) 6. (образование)
7.___________________________________8._________________________________________
(семейное положение) (предшествующая профессия)
9.____________________________________10._______________________________________
(перенесенные заболевания) (вредные привычки)
11______________________________________________________________________________
(жалобы на состояние здоровья)
Сведения об особенностях личности испытуемого
№ п/п, индексы Перечень вопросов (показателей), подлежащих выяснению Характеристика показателей испытуемым или руководством Замечания экспериментатора и руководства
А Б в Г
I. Деятельность до приобретения данной специальности, овладение, его наклонности, способности
12 Как учился и окончил Отлично, хорошо,
И‘ школу, другие учебные удовлетворительно, пло-
заведения хо
13 Как работал по спе- Отлично, хорошо,
И“ циальности (ударник коммунистического труда, рационализатор и пр.) удовлетворительно, плохо Отлично, хорошо,
14 Выполнение профес-
Р“ сиональных обязанно- удовлетворительно, пло-
стей хо
15 Квалификация, ,1-й, 2-й, 3-й, не имеет
И“ разряд
16 К какому виду дея- Точные науки, техни-
И“ тельности имеет склон- ка, гуманитарные науки,
1 7 ность искусство
1 / К какому виду дея- Точные науки, техни-
Р“ тельности имеет способ- ка, гуманитарные нау-
ности ки, искусство, общественная работа, не-
определенные
16*
243
П родолжение
№ п/п, индексы Перечень вопросов (показателей), подлежащих выяснению Характеристика показателей испытуемым или руководством Замечания экспериментатора и руководства
А Б В Г
18 „И* 19 »Р“ 20 .И" Чем предпочитает заниматься в период досуга Организаторские способности Отношение к своей специальности Чтение, спорт, конструирование и т. п., склонности неопределенные Отличные, хорошие, удовлетворите л ь н ы е, плохие Положительное, отрицательное, неопределенное
II. Память, внимание, мышление
21 „И“ Э“ Вид памяти Зрительная, слуховая, моторная, смешанная
» 22 Скорость запоминания Большая, средняя, ма-
„И“ лая
»Э“
23 Длительность удержа- Большая, средняя, ма-
„И“ ния в памяти сообщений лая
24 Объем (распределе- Хороший, удовлетво-
„Э« ние) .внимания рительный, плохой
25 Устойчивость внима- Хорошая, удовлетво-
„Э“ ния рительная, плохая
26 Переключение вни- Хорошее, удовлетво-
„Э“ мания рительное, плохое
27 Преобладающий вид Предметное, абст-
»Э“ мышления рактное, смешанное
28 Скорость мышления Большая, средняя,
„Э" малая
III. Эмоционально-волевая сфера
29 „И* Э“ Преобладающее настроение Веселое, угнетенное спокойное,
30 Устойчивость настрое- Устойчивое, неустой-
„И“ ния чивое
,Р“
31 Какое влияние на на- Положительное, от-
,И“ строение оказывают рицательное, не влияют
„Р" трудности
32 Степень эмоциональ- Небольшая, умерен-
„Э“ ной возбудимости но выраженная, боль-
шая
244
Продолжение
№ п/п, индексы Перечень вопросов (показателей), подлежащих выяснению Характеристика показателей испытуемым или руководством Замечания экспериментатора и руководства
А Б В Г
33 ,И“ „Р“ 34 „и* Как владеет собой в сложной обстановке, опасных ситуациях Наличие фабий (боязнь воды, огня, высоты и др.) Хорошо, удовлетво- рительно, плохо Да, нет
IV. Черты характера
35 »Р“ Как развито чувство коллективизма, долга Хорошо, удовлетворительно, плохо
36 Самолюбие, самоуве- Отсутствуют, умерен-
„Р“ ренность, обидчивость но выраженные, сильно выраженные
37 Р“ Принципиальность Имеется, отсутствует
и * 38 ,Р“ Способность критически оценивать свои ошибки Имеется, отсутствует
39 ,Р“ Трудолюбие Большое, среднее, слабое, отсутствует
40 Настойчивость в до- Большая, средняя,
,Р“ стижении цели малая
41 Преобладающее пове- Уверенно, неуверен-
»Р“ 42 „Э“ дение (действия) при управлении техникой и принятии решений Дополнительные сведения но, быстро, медленно, правильно, неправильно
43. Общая характеристика психологических особенностей испытуемого
4 4. Заключение: На основании анализа результатов беседы и наблюдений.______________________________________________________________________
у испытуемого имеются_____________________________________________________
(положительные, неопределенные, отрицательные) предпосылки для обучения и работы по специальности________________________
(указать специальность)
Примечание. Паспортная часть карты, а также пункты, обозначенные в графе «А» индексом «И», заполняются экспериментатором со слов испытуемого; пункты, обозначенные индексом «Р», заполняются, как 245
правило, со слов руководства (администрации, руководителей общественных организаций); пункты, обозначенные индексом «Э»,— экспериментатором. В графе «Г» экспериментатор регистрирует свои наблюдения и изменения, возникающие в ходе беседы с испытуемым, а также замечания руководства.
В пункте 43 на основании результатов беседы, а также наблюдений, полученных при проведении исследований, экспериментатором дается характеристика психологических особенностей (качеств) испытуемого.
В пункте 44 выносится предварительное заключение о целесообразности обучения и работы по специальности определенного профиля (или по конкретной специальности).
Пункты 12—41 заполняются путем подчеркивания нужных ответов (в графе «Б») или записи в произвольной форме (в графе «Г»),
ситуации (в комнате появляются признаки пожара, короткого замыкания в электрической сети и т. п.). Разумеется, не все ситуации такого рода являются приемлемыми по критерию коммунистической этики. Психолог, планирующий «естественный эксперимент», обязан до деталей продумать весь его «сценарий» и возможные последствия.
Испытуемый не должен знать и даже подозревать о «неслучайности» ситуации, в которую он попадает, и о том, что за ним ведется специальное наблюдение.
Для психологической оценки личности можно использовать и материалы наблюдений за поведением человека, сделанные не самим экспериментатором, а его командованием, партийными и комсомольскими руководителями, товарищами. С этой целью проводятся беседы с соответствующими лицами или используются служебные и другие письменные характеристики.
Для повышения надежности получаемых таким образом материалов исследователь К. К- Платонов1 разработал «метод независимых психологических характеристик». Лицам, знающим испытуемого по совместной жизни или работе, предлагают, независимо друг от друга, написать на него характеристики по определенной форме. Затем психолог проводит анализ этих материалов, выясняет причины несовпадения мнений, если таковые обнаруживаются, и делает выводы о психологических особенностях испытуемого человека. Образец бланка психологической характеристики представлен в табл. 16.
Таблица 16
Психологическая характеристика
Фамилия, имя и отчество __________________________________
год рождения______________________________________________
I. Особенности общих свойств личности
1. Направленность.
Основные мотивы деятельности, их общественная значимость.
1 См. К- К- Платонов. Психология летного труда. М., Воениздат, 1960.
246
Отношение к военной деятельности, мотивы. Другие интересы, потребности.
2. Характер.
Проявление характера в коммуникативных связях с людьми. Становление характера и влияние его на отношение к себе, порученному делу. Ведущие черты характера.
II. Типологические особенности высшей нервной деятельности (темперамента)
3. Черты силы-слабости, уравновешенности-неуравновешенности, подвижности-инертности нервных процессов,
III. Особенности отдельных психических качеств
4. Эмоционально-волевые особенности.
Преобладающий эмоциональный тонус. Степень возбудимости л устойчивость эмоций. Степень владения эмоциями. Целеустремленность, настойчивость, решительность.
5. Сенсомоторные особенности.
Типичный темп работы и возможности его ускорения. Ловкость и точность сенсомоторных процессов. Богатство двигательных навыков и легкость их усвоения. Устойчивость навыков в неблагоприятных условиях.
6. Особенности восприятия и внимания.
Скорость и точность зрительных восприятий. Способности к распределению и переключению внимания. Степень отвлекаемости, ее причины. Устойчивость внимания при длительном напряжении его. Наблюдательность. Развитие глазомера разных видов.
7. Особенности других познавательных процессов.
Продуктивность механической, смысловой оперативной памяти. Типы памяти, развитие зрительной памяти. Сообразительность. Общее развитие.
Выводы
1. Наиболее характерные психологические особенности.
2. Мнение о прогнозе успеваемости и о возможных трудностях.
3. Необходимые индивидуально-педагогические и психологические мероприятия.
« » 19 г.
Подпись
Специфической формой естественного эксперимента, проводимого при психофизиологическом профессиональном отборе, является наблюдение за испытуемым в процессе классных учебных занятий, при работе на тренажерах и при непосредственной профессиональной деятельности.
Наиболее полную информацию дает тренажерный метод, поскольку он позволяет вести эксперимент по строгой программе, количественно оценить как поступающую к человеку информацию, так и ответные реакции человека, то есть учитывать и регулировать большинство объективных факторов, определяющих поведение человека. Обязательными условиями
247
этой формы естественного наблюдения являются: предварительное знакомство с работой тренажера, его стандартная программа операций.
Обработка результатов исследования и оценка эффективности психофизиологического отбора
Обработка результатов психофизиологических исследований в целях профессионального отбора направлена на решение двух задач:
а) получение из большого числа данных одной или нескольких цифр, позволяющих сделать обобщенный вывод относительно перспективности приема кандидата;
б) систематизация и накопление материала для последующего анализа и обобщения опыта работы.
Первая задача решается с помощью относительно простых методов математической статистики. Одна из трудностей заключается в том, что для получения интегральных характеристик по результатам разных методик необходима единая система измерений. Нельзя складывать секунды с числом ошибочных реакций или с качественными оценками характерологических особенностей человека. Поэтому широко распространена система перевода абсолютных величин в относительные единицы — баллы. Статистически наиболее обоснованной является девятибалльная система. Для этого предварительно проводится обработка большого числа измерений по каждой конкретной методике: строятся гистограммы, находится средняя распределения и затем по выбранной доле среднеквадратичной отклонения определяется шкала соответствий между абсолютными значениями и баллами.
Вторая трудность состоит в нахождении весовых коэффициентов для каждого показателя методик. Эти коэффициенты должны отражать важность данного психофизиологического качества для профессиональной деятельности и прогностич-ность метода.
Решение задачи накопления и последующего анализа материала обеспечивается стандартной системой сбора массовой психофизиологической информации. Эта система основана на следующих принципах.
1. Стандартизация измерений. Все организации, проводящие практическую или исследовательскую работу по отбору, обеспечиваются тарированной аппаратурой, тестами, бланками.
2. «Коллективная память» первичных показателей. Для этого в головное учреждение поступает материал с мест, обра-248
батывается и вводится в память электронной цифровой вычислительной машины.
При первичной обработке результатов сейчас вводятся не обычные бланки-таблицы, а карты с краевой перфорацией типа К-4. На них можно записывать результаты в обычной словесной и десятичной цифровой системе, а затем кодировать прорезями перфораций. Это дает возможность легко и быстро проводить любую сортировку данных без вычислительной техники. Разумеется, при больших объемах материала применение машинных алгоритмов обработки накапливаемой информации значительно эффективнее.
Оценка эффективности результатов психофизиологических исследований, то есть прогностической ценности применяемых комплексов методик, проводится путем определения связи между результатами обследования людей и показателями их профессиональной деятельности (обучаемости). Для этого-прежде всего необходимо иметь надежные критерии эффективности деятельности. При оценке прогностичности отбора в летные училища используются, например, такие показатели; количество вывозных и контрольных полетов до первого самостоятельного вылета, время вывозного и контрольного полетов, очередной номер вылета курсанта в своей учебной группе, ранговая оценка качеств курсанта летчиком-инструктором, число отчислений по летной неуспеваемости, количество предпосылок к летным происшествиям.
Психологический отбор десантников осуществляется с помощью изучения отрицательных последствий физического перенапряжения при выполнении ознакомительных и тренировочных прыжков, проверки эмоционально-волевой устойчивости десантника к факторам прыжка.
К наиболее важным из этих качеств относятся чувство ответственности за выполнение полученной задачи, решительность, инициативность, сообразительность, умение «учитывать, непредвиденное», быстрота и точность действий в момент десантирования.
Связь между результатами психологических обследований и показателями обучаемости оценивается статистическими методами: путем вычисления коэффициентов корреляции, коэффициентов регрессии и т. д.
-На отдельных цифрах можно продемонстрировать эффект, который дает психологический отбор курсантов в летные училища. Так, в одном из училищ курсанты, показавшие при психологическом обследовании результаты, соответствующие первым двум по успешности группам (при четырехбалльной системе), выполнили вывозную программу за время на 1 час 20 мин. меньшее, чем курсанты третьей и четвертой групп. Причем из четвертой группы было отчислено 25%, а из первой— только 1%.
249
Таблица 17
Результаты отбора
Группа по результатам отбора Летная успеваемость (в %)
отлично хорошо удовлетворительно Плохо (отчислены)
Рекомендованы 36,0 50,0 9,5 4,5
Целесообразность сомни-
тельна 25,0 47,0 13,0 15,0
Не рекомендованы 7,0 48,0 18,0 27,0
С. И. Лосев1 приводит результаты исследований по одному из училищ (табл. 17).
Приведенные примеры показывают, что психофизиологический отбор дает существенные положительные результаты: приводит к снижению отсева и к повышению уровня подготовки военных специалистов.
Каждая разработка в области отбора преследует какую-нибудь определенную цель, и ценность ее определяется исключительно точностью прогноза, высказываемого на этой основе.
Эмпирические соотношения, устанавливаемые между категориями различия и категориями предвидения, определяются путем соответствующих наблюдений; для выражения этих отношений не требуется каких-либо абстрактных или теоретических построений. Если данная методика оправдывает себя в работе, она принимается.
Оценка эмоциональной устойчивости, прогноз напряженности
В практике военного труда, особенно при прогнозировании деятельности военнослужащих в усложненных условиях и опасности, всегда необходимо иметь в виду вероятность ответных эмоциональных реакций, среди которых важное место занимает состояние напряженности.
^моции — это определенные процессы в нервной системе, связанные с разносторонним усилением или угнетением всех функций и систем организма и являющиеся особой формой отражения, которая характеризуется отношением к явлениям ' внешнего мира и внутренней среды.
Понятие «эмоция» происходит от латинского слова «потрясаю» (волную). Эмоции, так или иначе, затрагивают все наши жизненные потребности.
1 См. С. И. Л о с е в. К оценке эффективности психологического отбора в высшие авиационные училища летчиков. Военно-медицинский журнал, 1965, № 11.
250
Разнообразие эмоций человека-Необычайно велико. Различают низшие эмоции, связанные с удовлетворением органических потребностей (голод, жажда, половое влечение и др ), и высшие эмоции — чувства (чувство долга, совести, стыда, ответственности, дружбы и др.). Высшие эмоции социально обусловлены, складываются исторически, связаны с общественными отношениями. Эмоции могут быть стеническими, повышающими активность различных функций организма, и астеническими — понижающими их. До настоящего времени нет еще достаточно четкой классификации эмоций. Условно можно различать: эмоции, имеющие преимущественно биологическую направленность, сравнительно кратковременные эмоциональные реакции, являющиеся конкретным ответом на различные внешние и внутренние раздражения (эмоциогенные стимулы).
В таком же аспекте могут рассматриваться некоторые более длительные эмоциональные реакции, переходящие в эмоциональные состояния (например, напряженность).
Ч у в с т в а — психические процессы — переживания раз-личншГсилы и длительности, связанные с общественным образом жизни человека. Чувства могут в свою очередь сопровождаться различными эмоциональными реакциями и состояниями.
Настроения — более или менее длительные эмоцио-нальнь1ё-состояния. Они представляют собой последствия эмоций и подчас теряют связь с первоначально вызвавшей их причиной. Настроения нередко связаны с установлением новых или перестройкой старых, ранее закрепившихся форм деятельности.
А ф ф е к т ы — бурно протекающие эмоции или чувства, имеющие характер разрядки, иногда с полной потерей самообладания.
Страсти — наиболее устойчивые, иногда проходящие через всю жизнь чувства.
Различные особенности, характер эмоциональных реакций и чувств, например, легкость их возникновения, сила и продолжительность, зависят от ряда причин:
а) от социальных условий, связанных с общественным образом жизни и общественным воспитанием человека;
б) от эндогенных факторов (эмоциональной возбудимости, различных психологических особенностей, волевых качеств, эмоциональной устойчивости, от функционального состояния и др.);
в) от особенностей силы и продолжительности эмоциоген-ных (т. е. вызывающих эмоции) факторов (опасности, неожиданности, сложности ситуации, степени экстремальных воздействий и др.);
251
г) от соотношения и взаимосвязи перечисленных трех факторов, особенно от парциального веса первого из них, от индивидуального отношения к происходящим событиям, их сигнального значения, наличия информации о них, от подготовленности к ним, а в более широком аспекте вообще от степени внешних эмоциогенных воздействий, от состояния собственной внутренней среды и от особенностей факторов, связанных с общественным образом жизни человека.
В связи с проблемой эмоциональной устойчивости выделим несколько эмоциональных состояний, которые могут существенно влиять на профессиональную работоспособность военнослужащих, на их поведение в усложненной и боевой обстановке.
Эмоциональное возбуждение — состояние, характеризуемое активацией различных функций организма, повышением готовности к различным неожиданным действиям в ответ на эмоциогенные факторы, но преимущественно вне связи с какими-либо целенаправленными волевыми актами.
Эмоциональное напряжение — состояние, характеризуемое активацией различных функций организма в связи с конкретными волевыми актами, с выполнением активной целенаправленной деятельности или подготовкой к ней, а также с ожиданием какой-либо деятельности или опасности.
Эмоциональное возбуждение и напряжение представляют собой определенные процессы регулирования и прежде всего усиления многочисленных функций организма в связи с самыми различными раздражителями как индифферентными, таки сигнальными. В основе их лежат биологически целесообразные реакции, чаще всего повышающие работоспособность. Однако при чрезмерной силе и продолжительности таких реакций может возникать состояние напряженности, особенно у лиц с низкой эмоциональной устойчивостью.
Под напряженностью понимается эмоциональное состояние, характеризующееся временным понижением устойчивости различных психических функций (памяти, внимания и др.), координации движений и работоспособности.
Напряженность является весьма неблагоприятным состоянием, особенно для специалистов операторского профиля. Она в большой степени снижает надежность в работе или же ведет к полной утрате работоспособности. В зависимости от индивидуальных особенностей человека и специфики его эмоциогенных факторов напряженность может появляться:
а) в «тормозной форме» в виде общего ступора, психологической заторможенности и т. п.;
б) в «импульсивной форме» с хаотическими неосмысленными действиями, с резким повышением ошибочных действий, понижением критичности мышления и т. п.;
252
в) в «диффузной форме», сочетающей первые два вида напряженности.
Напряженность может быть незначительной и быстропроходящей; часто она связана с ошибками в методике профессионального обучения. В целом ряде случаев ярко выраженная длительная напряженность является неизбежным следствием определенных психологических особенностей, и прежде всего низкой эмоциональной устойчивости.
Под эмоциональной устойчивостью понимается константность психических и двигательных функций в условиях эмо-циогенных воздействий. В более широком аспекте—-это способность управлять своими эмоциями, сохранять высокую профессиональную работоспособность, осуществлять сложную или опасную деятельность без напряженности, несмотря на эмоциогенные воздействия.
Во время практического профессионального отбора оценка эмоциональной устойчивости обычно осуществляется в плане прогноза у обследованных лиц вероятного возникновения состояния напряженности. Прогнозирование может проводиться как в более широком аспекте, в части выполнения склонности обследуемого лица к проявлению напряженности в самых различных ситуациях из-за низкой эмоциональной устойчивости, так и в отношении какой-либо конкретной деятельности в связи с особенностями ее профессиограммы. Так, например, в летном училище при выявлении недостаточно высокого уровня координации движений у абитуриента, обладающего высокой эмоциональной возбудимостью, можно прогнозировать мапряженность в полетах при обучении технике пилотирования. В то же время можно предполагать, что при штурманской подготовке напряженности у него может не быть.
При оценке эмоциональной устойчивости проводится сопоставление внешних проявлений эмоций и эмоционально-вегетативных реакций с изменениями в устойчивости психических и двигательных функций, в работоспособности. Для стимулирования эмоциональных реакций применяются различные эмоциогенные воздействия.
Наиболее приемлемыми из ^их являются методы предъявления достаточно сложных, трудновыполняемых заданий с установкой на успешное их выполнение. При этом используются эмоциогенные воздействия: например, при отборе абитуриентов в летные училища — звуковые, световые воздействия, электрокожные раздражения, а также демонстрации некоторых кинокадров с соответствующим звуковым сопровождением: взрывами, воем пикировщиков, стонами раненых и т. п. (как это применяется при некоторых видах отбора в американской армии).
Во время воздействия эмоциогенных факторов и после них осуществляется наблюдение за внешними проявлениями эмо-
253
ций (например, в соответствии со схемой, изложенной в табл. 18), регистрация и оценка некоторых вегетативных реакций (табл. 19) и проводится оценка изменений в устойчивости тех или иных функций.
Из числа внешних (телесных) проявлений эмоций в качестве объекта наблюдения могут быть: мимика, пантомимика (выразительные движения), наличие скованности, тремор, моторные реакции, выраженные изменения в интонации голоса и артикуляции.
Из вегетативных реакций могут регистрироваться:
а) ЭКГ с целью определения изменений в частоте сердцебиений и выявления аритмии, а в отдельных случаях и для более подробного ее анализа. Иногда ограничиваются подсчетом частоты пульса пальпаторно;
б) реакции артериального давления;
в) дыхание, особенно с целью выявления изменений в соотношении фаз вдоха и выдоха;
г) кожно-гальваническая реакция и потоотделение (особый диагностический интерес представляет наличие обильного потоотделения);
д) изменение температуры кожи;
е) зрачковый рефлекс и др.
В особо тщательных индивидуальных формах отбора могут также проводиться регистрация электроэнцефалограммы и электромиограммы, биохимические исследования и др.
При определении изменений в психических и двигательных функциях применяются до и после стресс-фактора различные тесты — аппаратные и бланковые для оценки внимания, памяти, способности к логическому мышлению, комбинаторных способностей, быстроты действий, координации движений, пространственной ориентировки и др. Как один из методов может быть рекомендована разработанная К- К- Платоновым (1960 г.) «Проба с падением», направленная на выявление эмоционально-моторной неустойчивости. В отдельных случаях индивидуального обследования применяются «проективные тесты».
Простейшим способом выявления напряженности в усложненной обстановке может быть разработанный нами совместно с Г. Н. Хиловой «тест с инструктированием», который заключается в том, что обследуемые после достаточной предварительной тренировки выполняют какой-либо контрольный бланковый тест (например, по таблицам с кольцами Лан-дольдта, па отыскание чисел с переключением, на логическое мышление, на запоминание и непосредственное воспроизведение слов и чисел и др.) или несложный аппаратный тест (например, на «тремометре-координациометре»; В. Л. Марищук, К- И. Брыков, 1965 г.). При этом дается строгая инструкция, для «нагнетания» эмоционального чувства ответственности за выполнение последующего теста с требованием решить его 254
«обязательно лучше предыдущего», «показать способность к мобилизации сил в нужный момент», «только это даст право на положительную оценку» и т. п. Затем контрольный тест проводится повторно.
Как показали исследования, около 8% обследованных резко ухудшают результаты в повторном тесте, обнаруживая тем самым низкую эмоциональную устойчивость, что в большинстве случаев сопровождается также различными внешними проявлениями эмоций, вегетативными сдвигами и поведенческими реакциями.
Разумеется, непременным условием успеха такого теста должно быть четко выраженное стремление обследуемых к успешному его выполнению, например, в условиях конкурсного отбора.
Более трудным методом, направленным на прогноз напряженности в определенной профессиональной деятельности, в частности при обучении технике пилотирования, является метод аппаратных тестов, основанный на выполнении различных заданий, сложных по координации двигательных актов и распределению внимания, например с помощью аппарата «Абдив» (В. Л. Марищук, 1960, 1964 гг.) или специального комплекса ДКН-2 (Т. Т. Джамгаров, В. Л. Марищук, Ю. К- Демьяненко, А. И. Ступин, 1964 г.). При обследовании на основе этих методов кроме оценки координации движений и распределения внимания проводится регистрация ряда вегетативных функций и наблюдение по определенной схеме (см. табл. 18, 19). Задание для оценки эмоциональной устойчивости проводится после соответствующего инструктирования, в условиях угрозы элек-трокожных раздражений.
Выраженные внешние проявления эмоций и вегетативные реакции, сопутствующие ухудшению координации движений, распределения внимания, увеличению количества ошибок, свидетельствуют о недостаточной эмоциональной устойчивости, о напряженности испытуемого в обследовании и дают основание для прогноза его напряженности в последующей операторской деятельности.
Применение этих методов при отборе курсантов-летчиков, показало, что почти в 90% случаев лица, проявившие напряженность в обследовании, были эмоционально неуравновешенны в полетах. Результаты выполнения заданий под угрозой электрокожных раздражений на этом комплексе оказались в положительной корреляционной зависимости с успехами в. практическом обучении технике пилотирования, характеризуемом количеством вывозных учебных полетов до первого самостоятельного вылета (г = 0,434). Этот коэффициент говорит только об умеренной связи, но напряженность не является единственным фактором, определяющим успехи или неудачи летного обучения, которые зависят также от степени развития
255.
Таблица 18
Условия оценки внешних наблюдаемых проявлений эмоционального напряжения
Характер эмоциональных проявлений Условная оценка
Мимика
Спокоен, Незначительные изменения, характеризующие готовность к действию, внимание и решимость 5-4
Взволнован. Изменения в мимике, характеризующие выра- 3-4
женное напряжение, некоторую растерянность, настороженность; движения губами, высоко поднятые брови, моргание
и др. Сильно взволнован. Мимика растерянности, ожесточения, страха, беспомощности; дискоординация мимики (бессмысленное выражение); челюстные мышцы сжаты до желваков на
щеках, губы резко сведены в сторону, прикушены, широко раскрыт рот, высунут язык. Немотивированные резкие движения головой, подергивание щек и т. п. 2—1
Скованность
Спокойные координированные, точные движения, удобная рабочая поза 5-4
Небольшая скованность в движениях, иногда принимает неудобную позу, плечи слегка приподняты, слегка зажимает ручку управления, иногда одиночные движения рук или ног сопровождает движением всего тела 3-4
Сильно скован, движения резкие. Одиночные движения рук
или ног часто сопровождаются движениями всего тела; сильно зажимает ручку управления; к педалям прилагает явно излишние усилия; поза неудобная, неестественная, плечи подняты иногда на резкую высоту и т. д. 2-1
Тремор
Небольшой тремор 3
Сильный тремор, особенно тремор ног 2
Изменения в артикуляции голоса
Заметные изменения в интонации и тембре голоса 2
Пиломоторные реакции
Заметные пиломоторные реакции 2
ряда других летных качеств, от особенностей методики обучения, метеоусловий, летной направленности курсантов, их состояний после различных заболеваний и т. д. Следует еще указать на одно важное обстоятельство. Как показали исследования Т. Т. Джамгарова и др., курсанты с прогнозом напряженности в два раза чаще создавали различные предпосылки к летным происшествиям, чем все остальные курсанты. Что же касается отчисления этих курсантов по летной неуспеваемости, то оно в 3—5 раз превышает обычные нормы.
256
Таблица 19
Условные оценки вегетативных реакций, вызываемых эмоциональным напряжением
Вегетативные реакции при стресс-факторе Условные оценки
4 — 5 3 | 2
Увеличение частоты сердцебиения (уд./мин.) 4—16 18-28 Более 28
Проявление выраженной аритмии — — Наблюдается
Изменения кровяного давления (макс./мин., в мм) 15-10 29-15 30-16
Реакции кровяного давления по гипертоническому или гипотоническому типу Наблюдаются
Частота дыхания (цикл/мин) 12-18 19-30 Более 30, с
Сокращение фазы выдоха относительно вдоха Заметное выраженными изменениями ритма Выраженное
Изменения тонуса перифе- Небольшое Сильное Весьма выра-
рических сосудов лица покраснение покраснение женное по-
Потоотделение — Небольшое бледнение Обильное
Изменения в кожно-гальванической реакции Небольшие Заметные Выраженные
Вполне понятно, что напряженность является весьма неблагоприятным состоянием не только для летного состава, но также для любых военных специалистов, особенно управляющих техникой.
При сопоставлении результатов оценки внешних проявлений эмоций и вегетативных реакций с показателями, характеризующими изменения в устойчивости психических и двигательных функций, можно пользоваться следующей обобщенной схемой (табл. 20).
При выявлении напряженности иногда применяется несколько иной подход интерпретации данных обследования. Так, например, в специальном аппаратном тесте в каждом очередном задании все увеличивается нагрузка на объем внимания и усложняется распределение и переключение внимания до таких пределов, когда выполнение задания начинает представлять очень большую трудность или становится невозможным. При этом регистрируются вегетативные реакции и внешние проявления эмоций.
Если сложность задания и неспособность его выполнения сопровождаются слишком расточительными вегетативными 17 Военная инженерная психология 257
Таблица 20
Схема сопоставления оценки внешних проивлеиий эмоций с показателям» выполнения контрольного задания для выявления напряженности
Внешние проявления эмоций и вегетативные реакции Результаты выполнения задания Эмоциональные реакции в период обследования Оценка эмоциональной устойчивости и прогноза напряженности и заключение по отбору
Умеренные (оценки 4—5) Улучшаются или сохраняются на исходном уровне (оценки 4—5) Умеренное эмоциональное напряжение Высокая эмоциональная устойчивость. Для прогноза напряженности в полетах нет основания
Значительные, ярко выраженные (оценки 2— 3), но с тенденцией к быстрому восстановлению Улуч шаются или сохраняются на исходном уровне (оценки 4—5) Сильное эмоциональное напряжение, эмоциональная лабильность Высокая эмоциональная устойчивость. Для прогноза «напряженности в полетах нет оснований
Значительные, ярко выраженные (оценки 2— 3), сохраняющиеся длительное время после обследования, иногда с тенденцией к усилению Значительные, ярко выраженные (оценки 2—3) Улучшаются или сохраняются на исходном уровне (оценки 4—5) Снижаются (оценки 2—3) Сильное эмоциональное напряжение, близкое к напряженности, длительные и расточительные эмоциональные реакции Напряженность в обследовании Излишняя эмоцио- нальная возбудимость. Возможна напряжен- ность в летной работе, способствующая развитию различных патологических состояний. Заключение по отбору целесообразно после углубленного неврологического обследования и повторной оценки эмоциональной устойчи- вости Низкая эмоциональная устойчивость, вероятная напряженность в полетах, а также последующее развитие различных патологических состояний. Рекомендации по отбору отрицательные
реакциями и достаточно яркими внешними проявлениями эмоций, ставится прогноз о напряженности и эмоциональная устойчивость характеризуется как недостаточная.
Рассматривая вопросы эмоциональной устойчивости и напряженности в плане профессионального отбора, не следует также забывать и о педагогическом аспекте этой проблемы — о возможности активного воспитания эмоциональной устойчивости и формирования специальных навыков преодоления напряженности. Как показали наши исследования, проводимые 258
совместно с Т. Т. Джамгаровым, специально направленная физическая и психологическая тренировка может в существенной мере помочь в преодолении напряженности в полете и в других видах сложной профессиональной деятельности (В. Л. Ма-рищук, 1964 г.; Т. Т. Джамгаров и В. Л. Марищук, 1964 г., и др.).
6. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ подготовки ВОИНОВ-ОПЕРАТОРОВ
Характеристика специфических принципов подготовки воинов-операторов
Процесс подготовки воинов-—технических специалистов подчиняется определенным закономерностям, которые находят свое отражение в общих и специфических принципах обучения. Данное положение в полной мере относится и к подготовке воинов-операторов. Их обучение идет тем успешнее, чем более всесторонне и глубоко реализуются требования таких общих принципов военной дидактики, как единство обучения и воспитания, сознательность и активность обучаемых, систематичность и последовательность в организации учебного процесса и изложении учебного материала, учет индивидуальных особенностей воинов, прочность усвоения учебного материала.
Вместе с тем правильная организация и методика подготовки воинов-операторов требуют разработки и специфических принципов, отражающих конкретные особенности этого процесса, обусловленные закономерностями взаимосвязей человека и боевой техники.
Образцы современного вооружения и боевой техники состоят из большого количества агрегатов, каждый из которых в свою очередь насчитывает множество сложных узлов и механизмов. Так, например, в состав ракетного комплекса могут входить ракеты, пусковые установки, контрольно-проверочная аппаратура, бортовые устройства и системы наведения, электронные вычислительные устройства, оборудование командных пунктов и т. д. Для управления этой техникой необходима все более и более узкая специализация.
В настоящее время автоматизация как одна из наиболее прогрессивных форм управления стала не только техническим, но и социальным процессом, определяющим коренные сдвиги в технике, экономике и организации производства.
Уровень современной техники позволяет автоматизировать не только отдельные участки контролируемых процессов, но и решать вопрос о комплексной автоматизации многих производственных циклов.
17* 259
Следствием этого является высокая рентабельность производства, сокращение производственных площадей, улучшение условий труда и техники безопасности, а также повышение общей технической культуры специалистов.
Ведь по мере внедрения полной, а затем комплексной механизации человек все больше и больше освобождается от управления узкоспециализированными машинами. На него возлагается управление техническими устройствами, соединяющими в себе целый ряд трудовых функций. Этот процесс сопровождается, естественно, совмещением в деятельности одного специалиста функций, ранее выполнявшихся несколькими лицами. Так возникают специальности широкого профиля.
По мере широкого внедрения средств автоматизации происходит совмещение в одном лице функций операторов и механиков (техников).
Данная тенденция, характерная для развития современной техники в целом, особенно усиливается применительно к военной технике, что обусловлено теми специфическими условиями, которые создаются в бою.
Современный бой характерен огромнейшими разрушениями и повреждениями боевой техники. В ходе его воинам придется ремонтировать технику своими силами, вводить ее в строй. Слабо подготовленные специалисты, поверхностно знающие материальную часть, умеющие выполнять только узкоспециальные функции, будут не в состоянии оказать «первую помощь» поврежденной технике, а значит, .не выполнят поставленной передними задачи.
Отсюда и вытекает один из принципов подготовки воинов— технических специалистов: развивать у них широкий технический кругозор при узкой специализации.
Военно-техническая революция чрезвычайно усилила коллективный характер обслуживания современного оружия, что выдвинуло задачу дальнейшей разработки оптимальных условий формирования навыков коллективных действий расчетов, экипажей, боевых постов, групп и т. п.
Вместе с тем именно коллективный характер современного оружия и боевой техники неизмеримо повышает ответственность каждого воина за правильное и умелое их использование, усиливает роль отдельного человека в успешном выполнении технических боевых задач. Так, например, чтобы сбить современный самолет, нужны умелые и согласованные операции наблюдателей, операторов радиолокационных станций, вычислителей, расчетов на огневых позициях и т. д. Неточные действия любого из них могут свести на нет работу всего подразделения.
Одновременно военно-техническая революция вызывает замену совместного труда большого количества людей деятель-260
ностью одного или нескольких человек. Так, например, один водитель автопоезда заменяет не менее десяти водителей прежних автомашин; оператор М1остоукладч'ика или миноук-ладчика выполняет спомощью соответствующих машин работу, которая раньше поручалась нескольким десяткам людей, и т. д. При этом, естественно, на военного специалиста возлагается и повышенная ответственность за выполнение боевой задачи, а к уровню его подготовки предъявляются повышенные требования.
Отсюда вытекает второй принцип подготовки воинов-операторов: добиваться высокой индивидуальной выучки не ради нее самой, i в интересах обеспечения максимального уровня слаженности экипажа, расчета, подразделения в целом.
Благодаря стремительному развитию средств вооруженной борьбы отдельные образцы боевой техники и вооружения в настоящее время живут в среднем не более 3—5 лет, а полная замена вооружения осуществляется в среднем каждые 7—10 лет. Эта особенность современной военно-технической революции предопределила ряд новых требований к подготовке воинов-специалистов. Одно наиболее существенное из них состоит в том, что любому специалисту необходимо за время службы овладеть несколькими образцами обслуживаемой техники и систематически совершенствовать свое мастерство.
Подготовку воинов-операторов в современных условиях целесообразно проводить так, чтобы военные специалисты потенциально были способны к овладению новой техникой и затрачивали на изучение новых образцов минимальное количество времени. Это — третий принцип подготовки операторов.
К числу наиболее характерных особенностей современной военно-технической революции относится непрерывно возрастающая сложность .вооружения, машин и механизмов, поступающих в войска. Так, например, подсчитано, что если 15—20 лет назад среднее по своей сложности техническое устройство состояло из 700—800 узлов и деталей, то теперь оно имеет уже 1400—1500. Даже обычный автомобиль в наше время состоит из 22 000 деталей. Что же касается более совершенных машин, то их сложность возросла поистине фантастически. Об этом, в частности, говорит следующий факт. В бомбардировщике В-17, находившемся на вооружении ВВС США 20 лет назад, было 2000 электронных узлов и деталей. Современный же американский бомбардировщик имеет их около 100 000. Стоимость только электронного оборудования этого самолета равняется почти 10 млн. долларов.
В связи с усложнением боевой техники возрастает количество отдельных действий, операций и приемов, которые специалист в совершенстве должен знать и выполнять в кратчай-
261
шие сроки. В ряде случаев внедрение новой техники привело к увеличению количества операций в 8—10 раз.
Понятно, что изучать такую технику и способы управления ею так, как было принято в прошлом, то есть «по винтикам и шурупчикам», невозможно. Для этого потребовалось бы слишком много времени. Нужны другие способы, новый подход к методике, обеспечивающий не только запоминание названий деталей, но и овладение научно-техническими идеями и принципами, осуществленными в данном образце вооружения.
Главное состоит в том, что современная техника развивается на принципиально новой научной базе, на основе все более и более широкого использования средств радиоэлектроники и автоматики, внедрения в военное дело кибернетики.
Применение даже самой сложной боевой техники, основанной на принципах классической механики с использованием механических и электрических устройств, требовало от личного состава умения обращаться с ними. Внедрение же в войска электронной аппаратуры, телемеханики, кибернетики предполагает глубокое понимание воинами самих процессов, происходящих в машинах и боевой технике, знание условий правильного функционирования аппаратуры, причин неполадок и их последствий. Поэтому в основе военно-технической подготовки .воинов, обслуживающих сложную боевую технику, сейчас лежит изучение не только вопросов устройства оружия и боевой техники и способов их применения., но и физики, математики, радиоэлектроники. Это придает современной военной технической подготовке в значительной мере общенаучный характер.
Чем сложнее боевая техника и условия ее применения, тем острее необходимость изучения не только научно-технических основ работы управляемых машин и агрегатов, но и деятельности человеческого организма. Проведенные наблюдения в радиотехнических и ракетных подразделениях показали, что при всех прочих равных условиях более успешно справлялись со своими обязанностями те операторы РЛС, которым были сообщены некоторые начальные сведения по физиологии (о роли правильной рабочей позы и физиологии зрения) и психологии (о закономерностях восприятия, мышления, сущности волевого поступка).
Из сказанного явствует, что подготовка воинов-операторов требует включения в содержание их обучения таких предметов и вопросов, которые обеспечивали бы формирование знаний о процессах, характеризующих деятельность как машинного, так и человеческого звеньев системы «человек — машина». Это — четвертый принцип подготовки воинов-операторов.
Основными же разделами подготовки воинов-специалистов являются: а) изучение научных основ устройства боевой техники и вооружения; б) изучение материальной части; в) ов-262
падение приемами и способами использования и обслуживания оружия и боевой техники.
Рассмотрим некоторые, наиболее характерные черты, свойственные методам и приемам, используемым в процессе изучения этих разделов.
Методы и приемы изучения научных основ устройства боевой техники и вооружения
Одна из особенностей данного раздела подготовки специалистов в наше время состоит в том, что он включает в себя не только большее количество предметов, но и сложную тематику, что, естественно, ведет к усложнению методики.
Но дело, конечно, не только ,в увеличении количества методов, а в качественном изменении их структуры. Это выразилось прежде 'всего в повышении роли и удельного веса объяснения, а также в использовании метода лабораторных работ, обеспечивающих глубокое понимание существа изучаемых явлений. Так, например, если десять лет назад методика изучения электротехники представляла собой сочетание двух элементов (демонстрация и краткое объяснение), то сейчас этих элементов стало уже три (объяснение и демонстрация, показ, лабораторные работы). Иначе говоря, существующие в настоящее время методы обучения направлены на овладение не только знаниями прикладного характера, но и научно-техническими основами этих знаний.
Вместе с тем необходимо отметить, что методические указания программ, даже последних лет издания, признают право па существование еще не за всеми методами, рожденными практикой подготовки воинов-специалистов. Так, в частности, мы не найдем в этих указаниях упоминания о лекциях. Между тем возросшая сложность содержания боевой подготовки, непрерывно повышающийся уровень общего образования воинов сделали не только возможным, но и необходимым использование лекций как,в процессе политических занятий, так и по технической подготовке.
Лекционный метод позволяет давать воинам по ряду наиболее сложных разделов самые квалифицированные разъяснения, сообщать новейшие сведения, ибо чтение лекций поручается, естественно, наиболее опытным и подготовленным специалистам.
Сочетая в себе рассказ и объяснение, лекция требует от обучаемых значительно больше самостоятельности, чем это имеет место при других методах, а от лектора — умения руководить активной мыслительной деятельностью слушателей. Достигается это прежде всего с помощью четкого логического плана изложения, неторопливой, плавной, ясной и яркой речи.
263
Опытные методисты справедливо подчеркивают, что глубокое изучение теоретических предметов во многом зависит от «эксплуатационной направленности» соответствующих занятий. Под этим понимается тесная связь изучаемых вопросов с практической работой обучаемых по обслуживанию боевой техники, вооружения, а также управлению ими.
Как уже отмечалось, среди методов изучения научных основ устройства и использования оружия и боевой техники важное место сейчас занимают лабораторные работы. Сущность данного метода состоит в том, что обучаемые по заданию руководителя проводят различного рода опыты с использованием измерительных и других приборов, инструментов. В процессе лабораторных исследований обучаемые учатся наблюдать и анализировать, делать выводы. Воздействуя на изучаемые объекты и вызывая соответствующие явления и процессы, обучаемые как бы заново «открывают» то, что им объяснял руководитель занятия.
Лабораторные методы позволяют обучаемым соединить мыслительные операции, умственную работу с физическими, внешнематериальными действиями. А это способствует значительному повышению продуктивности учебного процесса.
Рассматриваемый метод обучения имеет несколько разновидностей. В частности, лабораторные работы могут быть иллюстративными, когда обучаемые практически только воспроизводят то, что было объяснено и показано руководителем занятий, и исследовательскими, если обучаемые, решая поставленную перед ними познавательную задачу, самостоятельно «открывают» еще не известные им знания.
С точки зрения организации лабораторные работы (или отдельные элементы данного метода) могут применяться как в ходе самого занятия по изучению научных основ устройства оружия и боевой техники, так и в часы самостоятельной работы или в процессе специальных лабораторных занятий. Примером первой из названных здесь разновидностей является ознакомление .воинов на занятиях по радиотехнике с приемами включения и выключения аппаратуры, настройки ее и т. д. Вторая и третья разновидности имеют место, например, в тех случаях, когда после изучения соответствующих теоретических тем руководитель дает каждому обучаемому задание произвести необходимые расчеты, измерения, настройки, монтаж и т. д., для чего назначаются специальные занятия или выделяется время в часы самоподготовки.
Характеристика лабораторных работ возможна также на основе такого критерия, как группировка обучаемых. С этой точки зрения можно говорить о лабораторных работах, выполняемых индивидуально, попарно, группой или целым подразделением воинов.
264
Методы и приемы изучения материальной части оружия и боевой техники
За последние двадцать лет в методике изучения устройства оружия и боевой техники также произошли существенные изменения. Это положение достаточно отчетливо, как нам представляется, можно проследить, анализируя соответствующие методические указания программ боевой подготовки. Вот, например, как излагаются исходные положения методики изучения материальной части автомобилям трактора в «Программе боевой подготовки дивизионной, корпусной артиллерии и АРГК» (1940 г.): «Занятия по материальной части трактора, автомашины, а также по эксплуатации и парковому обслуживанию проводить только у машин и преимущественно методом практической работы.
Занятия в каждой группе обеспечить учебными макетами, схемами, таблицами, плакатами; в качестве наглядного пособия использовать разобранные и ремонтируемые машины»
В современных условиях наряду с «методом практической работы» широко практикуется проведение занятий в специальных учебных классах, а также самостоятельное изучение материала воинами. Эти изменения обусловлены более совершенными средствами материального обеспечения занятий, повышением общеобразовательной подготовки воинов, необходимостью расширения и углубления их теоретических знаний об изучаемой технике.
В целом же в наше время (в отличие от принятой в 1940 г. установки отрабатывать у специалистов при изучении материальной части главным образом движения) уделяется особое внимание усвоению знаний о назначении и правилах обращения с приборами, что, естественно, потребовало более широкого применения (наряду с показом) таких методов, как объяснение, беседа, самостоятельная работа.
К числу новых явлений в методике изучения рассматриваемого раздела подготовки воинов-специалистов можно, по-нашему мнению, отнести изучение устройства вооружения и боевой техники по схемам, а также с помощью «заданного», или «эвристического», метода.
Появление данных методов обусловлено резким усложнен нием устройства боевой техники и вооружения, что потребовало и принципиально иного подхода к построению учебной информации, сообщаемой воинам в процессе изучения материальной части.
Еще сравнительно недавно в ходе боевой подготовки имели место в основном следующие два типа учебной информации:
1 «Программа боевой подготовки дивизионной, корпусной артиллерии и АРГК». М„ 1940, стр. 91—92.
265
а) необобщенная и несистематизированная;
б) обобщенная и систематизированная на основе частных признаков и отношений.
Первый из названных здесь типов учебной информации имеет место в тех случаях, когда оружие и боевая техника изучаются путем запоминания тактико-технических данных, названия частей, показа их разработки и сборки с последующими пробами самих обучаемых в выполнении соответствующих действий. При этом овладение одним каким-то образцом боевой техники и вооружения очень мало влияет на овладение другими образцами, в связи с чем, приступая к изучению нового образца, воин каждый раз заново проделывает весь тот путь, который он уже проходил. Обучение идет очень медленно, а приобретаемые солдатами и сержантами знания оказываются отрывочными, изолированными.
Отмеченный недостаток превращается в крупное препятствие при изучении современной боевой техники и вооружения, основанных на применении средств радиоэлектроники и сложной автоматики.
Второй тип учебной информации находит применение в тех случаях, когда методы показа и упражнения дополняются изучением оружия и боевой техники по функциональным, принципиальным и монтажным схемам. Это обеспечивает не только усвоение тактико-технических данных, названия частей и механизмов, но и глубокое понимание принципов работы изучаемого образца оружия и боевой техники, физических и других процессов, лежащих в основе их использования. При таком обучении у воинов формируется система конкретных понятий и представлений, что способствует развитию у них технического мышления, умения ориентироваться в сложных ситуациях, самостоятельно находить способы и приемы лучшего использования возможностей боевой техники и вооружения.
Рассматриваемый вариант воспринимаемой воинами информации обеспечивает более быстрое усвоение учебного материала. Здесь каждый уже изученный образец оружия и боевой техники значительно облегчает освоение нового образца. Вместе с тем, когда речь идет об обучении специалистов широкого профиля, имеющих подготовку на уровне техника, то и такой тип учебной информации становится уже недостаточным, не обеспечивающим быстрого овладения общими приемами мыслительной работы. И это вполне понятно. Ведь здесь формирование понятий идет путем постепенного обобщения частных признаков конкретных образцов оружия и боевой техники и, следовательно, ориентирная основа мыслительной деятельности обучаемых очень узка, ограниченна. Нужно слишком много времени, чтобы обучаемые, идя от простого к сложному, от обобщения частных признаков подошли, наконец, к овладению общими приемами мыслительной деятельности, ов-266
ладели умением свободно ориентироваться при встрече с любым образцом данного вида боевой техники и вооружения.
В связи с этим в практике боевой подготовки в последнее время началась разработка нового типа учебной информа-ции, соответствующего все более и более усложняющемуся характеру оружия и боевой техники и задачам подготовки специалистов широкого профиля. Заметные успехи в этом отношении достигнуты, например, коллективом офицера И. А. Коваленко. Разработанная здесь последовательность («алгоритм») изучения материальной части радиолокационной аппаратуры предусматривает прежде всего усвоение воинами основных принципе® ее устройства, формирование у них методов мыслительной деятельности; обучаемые овладевают общими принципами устройства отдельных узлов изучаемой аппаратуры, только потом они приступают к практическому освоению конкретных образцов РЛС.
Овладев широкой ориентирной основой, общими методами мыслительной деятельности, воины по меньшей мере в два раза быстрее запоминают устройство отдельных типов радиолокационной аппаратуры, чем это было раньше.
Таким образом, наряду с совершенствованием приемов изучения материальной части вооружения и боевой техники на их реальных образцах в практику технической подготовки воинов-специалистов все более и более прочно внедряется обучение с помощью схемы. Принципиально новое здесь состоит в том, что сама схема становится объектом изучения, в то время как при овладении устройством сравнительно простого оружия и боевой техники она всегда выступала лишь в качестве пособия, помогающего достижению необходимой наглядности.
Это обусловлено, на наш взгляд, следующими взаимно связанными обстоятельствами: сложностью современного оружия и боевой техники и глубоким пониманием воинами тех процессов, которые происходят в них; познавательной ролью схемы как ориентирной основы для более быстрого формирования у солдат и сержантов обобщенных представлений, создания у них мысленной модели изучаемого материала.
С дидактической точки зрения схемы представляют собой условное изображение явлений, процессов, предметов, механизмов, деталей, организационных структур и т. д. При этом объекты, изображаемые на схемах, в отличие от карт, планов и чертежей могут даваться без указания масштабов и размеров. Кроме того, они в состоянии показывать предметы, явления и процессы не только в статике, но и в действии (например, прохождение электрического тока в системе управления ракетой, действия самолетов-перехватчиков, последовательность развития наступления и т. д.). Нередко
267
схемы имеют вид плоскостных или трехмерных моделей и барельефов (например, схема устройства прибора управления зенитным артогнем, рельефные карты и т. д.).
Присущая схемам условность изображения порождает одну существенную 'Психологическую трудность: чтобы разобраться в схеме, надо уметь ее читать, т. е. «переводить» имеющиеся на схеме знаки в предметные образы и слова. А это предполагает прежде всего глубокое понимание того, как действует изображенный на схеме механизм, какие при этом происходят физические процессы.
Как уже отмечалось, изучение устройства оружия и боевой техники идет намного успешнее, когда воины не только слушают объяснения руководителя занятия, а включаются в активную практическую деятельность. Но активность бывает разной. В одних случаях она лишь внешняя, исполнительская (например, добросовестное повторение приемов и операций по разборке и сборке оружия и боевой техники, показанных руководителем занятия). Такая активность позволяет обучаемым сравнительно быстро овладевать знанием устройства оружия и техники, имеющих небольшое количество узлов и деталей, взаимодействующих между собой по законам механики. Однако она становится совершенно недостаточной, когда речь идет об изучении оружия и боевой техники, имеющих очень сложное устройство и действующих по законам электро- и радиотехники, радиоэлектроники. Объясняется это тем, что рассматриваемый вид активности осуществляется в основном на уровне проб и ошибок и ограничен накоплением только конкретных представлений, а овладение сложной техникой предполагает усвоение системы понятий, развитие у воинов пространственного воображения, способности представить в уме взаимное расположение узлов и деталей, прохождение тока и т. д.
Поэтому и активность обучаемых здесь должна быть связана с решением умственных задач, самостоятельной переработкой учебного материала, поисками ответов, а не просто заучиванием их.
Достижение этих целей в наибольшей мере обеспечивается применением уже названного выше «заданного», или «эвристического», метода изучения материальной части. Сущность данного метода состоит в том, что объяснения и показ руководителем занятия обычно начинаются и сопровождаются постановкой вопроса перед обучаемыми, формулировкой перед ними познавательной задачи. Само же объяснение имеет целью не столько изложение того, что обучаемые должны запомнить, сколько оказание воинам помощи в отыскании наиболее правильных ответов на поставленные вопросы, активизацию их мыслительной деятельности.
Иначе говоря, «заданный», или «эвристический», метод в
268
строгом дидактическом смысле данного понятия представляет собой такое соединение всех способов изучения материальной части, которое обеспечивает усвоение знаний путем активной мыслительной деятельности обучаемых.
Одним из вариантов рассматриваемого метода изучения устройства боевой техники и вооружения являются так называемые «вопросы на осмысливание». Руководитель занятия ставит их перед обучаемыми в заключительной части занятия для проверки степени усвоения изученного материала и углубления его понимания. Так, например, проводя занятие по теме «Назначение, основные элементы и функциональная схема, передающего устройства», старший сержант Великсар, по совету опытного методиста офицера Сулейманяна, после изучения намеченных вопросов предложил обучаемым ответить: как выбирается частота повторения импульсов и на ка кие параметры РЛС она влияет, почему передатчик синхронизирует работу блоков РЛС, для чего необходимо большое анодное напряжение, к чему приводит отсутствие импульса запуска.
Большой интерес у воинов вызывает постановка вопросов, требующих сравнения устройства двух одинаковых узлов в различных механизмах, установления их преимуществ и недостатков. Подобного рода вопросы помогают успешному формированию очень важной для технического специалиста установки на специфическое восприятие рассматриваемых объектов как с точки зрения общих технических принципов, так и в плане конкретных конструктивных требований, что является одной из важнейших предпосылок формирования технического мышления.
Существенную пользу для активизации мыслительной деятельности обучаемых на занятиях по изучению устройства оружия и боевой техники дает такая методика, когда вопросы, с которыми руководитель обращается к воинам, помогают им анализировать различного рода случаи из практики обслуживания машин и агрегатов.
Составной частью процесса изучения устройства оружия и боевой техники является овладение знанием размещения и назначения органов управления, а также первоначальным умением пользоваться ими (выполнение отдельных операций) .
Одна из основных задач при этом состоит в том, чтобы дать обучаемым возможность более быстро запомнить расположение, взаимную связь и функции многочисленных тумблеров, кнопок, рычагов, указателей.
Применяемые в практике боевой подготовки разнообразные методические приемы, обеспечивающие более быстрое запоминание названия, расположения и назначения органов управления, условно можно разделить на четыре группы:
269
а) вербальные (словесные), б) графические, в) моторные и г) смешанные.
Вербальные приемы состоят в том, что обучаемые усваивают необходимые сведения со слов руководителя занятия на слух. Они применяются в тех случаях, когда органов управления немного и своим внешним видом они резко отличаются друг от друга.
Графические приемы применяются при изучении вооружения и боевой техники, имеющих сложные пульты управления. Чтобы запомнить расположение многочисленных ручек и переключателей, воины делают в рабочих тетрадях зарисовки панелей управления сначала с натуры, а затем несколько раз по памяти.
В ряде случаев еще используются увеличенные рисунки и макеты передних панелей блоков аппаратуры, выполненных без каких-либо надписей у ручек и переключателей.
В этой связи большой интерес представляет также практикуемое в некоторых частях составление своего рода «инструктивных карт» — учебных схем и плакатов, на которых стрелками показана последовательность включения и выключения соответствующих органов управления. Аналогичные приемы помогают более быстрому запоминанию наиболее рационального порядка действий.
С помощью таких «немых» рисунков и макетов можно не только производить контрольные опросы воинов, но и организовать самостоятельные тренировки, особенно если эти рисунки и макеты сделать электрифицированными.
Моторные приемы помогают обучаемым запоминать расположение и назначение соответствующих органов управления путем включения и выключения их на неработающей (обесточенной) аппаратуре, макетах и тренажерах. Особенно продуктивной в этом отношении является тренировка с помощью простейших технических средств программированного обучения.
Смешанные приемы обучения представляют собой одновременное или последовательное применение и вербальных, и графических, и моторных приемов.
Наряду с запоминанием расположения, назначения и названия различных органов управления очень важной составной частью изучения устройства оружия и боевой техники является овладение первоначальными умениями обнаруживать и устранять типичные неисправности. Включение этого учебного элемента в процесс изучения материальной части, с одной стороны, обеспечивает более быстрое формирование представлений и сложных умственных действий, необходимых для эффективного использования боевой техники и вооружения, а с другой — помогает глубоко понять и усвоить их устройство.
270
Первоначально отдельные сведения о возможных неисправностях и их причинах сообщаются воинам в процессе изучения устройства соответствующих узлов и механизмов, затем (после детального изучения всей машины) они становятся объектом специального рассмотрения. При этом логическая структура методических приемов может иметь две разновидности. В первом случае она сводится к тому, что обучаемые получают в готовом виде необходимую систему ориентиров предстоящих действий, то есть запоминают все возможные или «типичные» неисправности, их причины и пути устранения. Во втором случае воинам сообщают принципы построения умственных действий при отыскании и устранении неисправностей. Для того чтобы оператор или механик умел быстро определить характер неисправности и найти пути ее устранения, сообщается не только перечень типичных неисправностей, их признаки, но и разъясняется, как возникает та или иная неисправность. Задача состоит в том, чтобы дать обучаемому возможность овладеть самой методикой отыскания неисправностей, обучить его различным правилам, принципам, нормам, которыми нужно руководствоваться, чтобы найти и устранить любую поломку за минимальное время.
Важной составной частью процесса обучения воинов-специалистов является формирование у них умения и навыков считывания информации, поступающей на индикаторные устройства.
Методы обучения воинов-специалистов приемам эксплуатации оружия и боевой техники
Как и в методах изучения устройства оружия и боевой техники, в методах и приемах обучения воинов-специалистов умениям и навыкам по управлению машинами, агрегатами и отдельными механизмами за последние двадцать лет также произошли существенные изменения.
Одна из отличительных особенностей формирования у воинов умения и навыков управлять боевой техникой и обслуживать ее в современных условиях состоит в том, что решающая роль здесь принадлежит методу упражнений и тренировок не только непосредственно на самой технике, но и па специальных тренажерах.
Применение тренажеров позволяет многократно повторять формируемые действия в самой разнообразной обстановке, отрабатывать их по элементам, помогает обучаемым быстрее усвоить существо изучаемых приемов. Так, например, применение специальных тренажеров при обучении устранению неисправностей в радиотехнической аппаратуре дает возможность в течение двух часов тренировать каждого воина (при составе группы 20—25 человек) в обнаружении
271
не менее 10 неисправностей, в то время как при ручном вводе неисправностей эта цифра равняется 2—3.
Процесс формирования навыков оператора в большой мере определяется его индивидуальными физиологическими и психологическими возможностями приема, хранения и переработки информации. Характер этого процесса зависит также от принятой системы предъявления информации о состоянии управляемого объекта, от компоновки рабочего места оператора, от конструкции органов управления. Эффективность процесса формирования навыка существенно зависит также и от методики обучения. Исследование общих закономерностей процесса формирования навыков с целью обеспечения его оптимизации является одной из проблем современной так называемой эксплуатационной военноинженерной психологии.
Целью и результатом тренировки является повышение точности и скорости выполнения отрабатываемых действий. Особое значение опытные методисты уделяют обеспечению точности. «Сначала точность, затем скорость» — гласит одно из основных правил методики обучения операторов любых специальностей.
При исследовании дискретных действий (таких, как выбор того или иного рычага, нажатие нужной кнопки или тумблера) оценка безошибочности их выполнения («правильно» или «неправильно») является, по существу, оценкой точности действий оператора.
Ошибки в работе обучаемого совершаются непреднамеренно. Следовательно, они представляют собой явления случайные и потому должны изучаться методами теории вероятностей. Объективным показателем безошибочности выполнения действия является величина вероятности правильного их выполнения:
Р=~' (1)
где т — количество правильно выполненных упражнений; п — сумма тренировок.
Как видно из графика (рис. 36), формирование навыка (по надежности выполнения действий) начинается не с нуля, поскольку уже в первом опыте некоторая часть упражнений выполняется правильно. Значение Р стремится к единице, но не достигает ее, а остается на 1—2% меньше, так как даже после сформирования данного навыка в работе оператора могут наблюдаться отдельные «сбои».
При исследовании точности и надежности работы оператора в ходе процесса формирования навыков недискретных действий, например навыков слежения, в рассмотрение следует включить большее количество переменных параметров (относительное время нахождения на цели, величину средней 272
Рис. 36. График изменения вероятности безотказного выполнения упражнения
интегральной ошибки, количество резких движений, степень резкости движений и т. д.).
Время, затрачиваемое оператором на выполнение тех или иных операций, характеризует возрастание скорости его действий. Поскольку это время обратно пропорционально достигнутой оператором скорости, соответствующие графики имеют вид нисходящих кривых (рис. 37).
Каждая из показанных на этом графике кривых упражнения отдельных обучаемых является выражением функции, зависящей от ряда факторов, и прежде всего от сложности выполняемой операции и от личных качеств обучаемого. Осреднение кривых формирования навыков отдельных обучаемых устраняет влияние индивидуальных отклонений от общей закономерности. Это позволяет выявить характер формирования данного навыка у группы лиц, имеющих определенный уровень подготовки.
Влияние личных качеств обучаемых на освоение определенной группы производственных операций может быть оценено путем осреднения характеристик выполнения соответствующих упражнений этими обучаемыми (рис. 38). Полученные обобщенные индивидуальные характеристики могут быть использованы как в целях профессионального отбора, так и для определения оптимального темпа дальнейшего обучения данного оператора.
Каждая из эмпирически полученных осредненных кривых формирования навыка (по времени) может быть аппроксимирована экспонентой вида:
t=^A+BrKn, (2)
гДе t—время выполнения данной операции в результате «-Й тренировки;
18 Военная
инженерная психология
273
A — значение времени, соответствующее исходному уровню формирования навыка (оно определяется психофизиологическими возможностями данного обучаемого и объективной сложностью выполняемой операции);
В — временный период, соответствующий исходному уровню формирования данного навыка (или группы навыков), являющегося совокупностью ранее приобретенных знаний, умений и навыков;
k — показатель экспоненты — характеристика темпа роста показателя тренированности. Величина его зависит от подвижности нервных процессов возбуждения и торможения, а также от установки обучаемого на овладение данным навыком;
п — количество выполненных тренировок.
Приведенное выше аналитическое выражение процесса формирования навыка, по существу, может быть названо формулой эффективности обучения.
Методы математической статистики позволяют определить границы области («трубки»), в которую вписываются практически всевозможные реализации процесса формирования навыка (или группы навыков) обучаемых, обладающих определенным уровнем подготовки. Кривые, лежащие выше выявленной области («трубки»), характеризуют обучаемых с менее благоприятными данными для формирования навыка (или группы навыков). Подготовка их к выполнению контрольных нормативов требует значительно большего времени. Возможно, что обучение их данной специальности вообще нецелесообразно. Обучаемых, процесс формирования навыков которых описывается кривыми, лежащими ниже указанной области, также не следует включать в общую группу: они способны выполнить установленный норматив в течение меньшего числа тренировок, после чего достигнутый ими результат необходимо лишь поддерживать.
Сравнение графиков процесса тренировки (рис. 39) показывает, что формирование навыков выполнения упражнений различной сложности отличается как значением исходных уровней, так и интенсивностью роста показателя тренированности. От сложности навыка зависит также величина диапазона начального уровня его формирования (разность показателей первой тренировки различных обучаемых).
Для объективной оценки сложности выполняемых упражнений могут быть использованы предложенные Г. М. Зара-ковским! коэффициенты стереотипности и логической сложности действий.
1 См. Г. М. Зараковский. Опыт анализа управляющей работы человека на основе составления логических схем алгоритма рабочего процесса. «Доклады АПН РСФСР», 1962, № 4.
274
Действия летчика при отказе генератора
(специфика формирования данного навыка выявляется осреднением кривых различных операторов)
t (сек) '
100 -
90
80 -
70
60 -
50-
40 -
30 -
20-
10 -
0
to
СП
‘ 4,2539- 0,487011 > О,ОМ I п''-11,00080 п3 1=1 <8,708 IJ<Z'/,n
Количество тренировок
Рис. 37. Графики процесса формирования навыков действий в ходе тренировки
О I 2 3 4 5 6 'I 8 9 Ю И IZ 13 0? 15 16 17 13 /9 23 Zl ZZ 23 24 25
Рис. 38. График процесса тренировки различных операторов, выполняющих одинаковые упражнения (индивидуальный темп обучения каждого оператора определен путем осреднения кривых всех упражнений данной группы)
ND
Рис. 39. Совмещенный график тренировок по выполнению упражнений различной сложности
Коэффициент стереотипности 0 оценивает количество последовательно выполняемых элементов действий:
п
(3)
1=1
где Poi — частость 1, 2, 3, i-й группы в алгоритме.
Величина коэффициента логической сложности операции 7 зависит от количества осуществляемых в ходе ее выполнения задач выбора и от числа вариантов решения каждой из них:
п
7 = 2 пРеч (4)
z=l
где Р ei— частость задачи выбора, имеющей 1, 2, 3, i вариантов решения.
Поскольку сложность действий оператора характеризуется как стереотипностью, так и логической сложностью, нами было введено понятие — приведенный коэффициент сложности — К:
К=₽-[. (5)
Алгоритмы действий оператора, например, в типовых аварийных ситуациях известны — они предписаны инструкцией. Поэтому возможен количественный расчет указанных выше показателей сложности. Пример такого расчета представлен в табл. 21.
Таблица 21
Показатели объективной оценки сложности действий оператора в различных аварийных ситуациях
Название операций Коэффициент стереотипности 3 Коэффициент логической сложности 7 Приведенный коэффициент сложности К
Действия оператора при „за-
писании" оборотов двигателя 1,61 1,22 1,96
Действия оператора при па- 1,71 1,38 2,27
дении давления топлива
Аварийный запуск двигателя 2,50 1,19 2,98
Между значением приведенного коэффициента сложности и величиной диапазона начального уровня формирования на-выка имеет место определенная корреляция. Эта закономерность может быть использована для объективной оценки существующих систем управления с точки зрения сложности . условий работы оператора. Ее можно использовать и для ; 278
прогнозирования сложности управления проектируемых систем.
Эффективность процесса тренажной подготовки характеризуется не только абсолютными значениями важнейших показателей совершенства формируемых навыков. Она существенно зависит и от времени (или количества тренировок), потребного для достижения тех или иных результатов. Интенсивность формирования навыка по надежности (Хфн ) и по скорости выполнения действий (Хф/) определяется первыми производными соответствующих параметров:
_dP . ______ dt ...
Л,1*и лГ’ ЛФ'~—Лт •
Знак минус при производной от времени по числу тренировок обусловлен тем, что в качестве критерия совершенства навыка оператора по скорости его работы избрано время выполнения операции, то есть величина, по сути, обратная. Графики изменения интенсивности формирования навыка по надежности и по скорости выполнения действий показаны на рис. 40.
Рис. 40. Графики изменения интенсивности формирования навыка по надежности (Хфп) и по скорости выполнения действий (Хфф
Показатели интенсивности формирования навыка могут служить объективным критерием по оценке и выбору оптимальной плотности тренажной подготовки, то есть определения наиболее целесообразной частоты упражнений для данного контингента обучаемых при наличии определенного числа тренажеров.
Поэлементной записью хода тренировки достаточно большого числа обучаемых было выявлено, что при выполнении многокомпонентных операций формирование навыков каж
279
дого из элементов действий подчиняется экспоненциальному закону. Исходные уровни и вариативность отдельных элементов при этом различны. Например:
время выполнения
Например:
l-ro элемента операции tx = AxA-B\e~K^ 2-го „ „ t2 = A,+B-,e~^
3-го „ „ t^A^B.e-^
ТГъ t, А, В,е.-К^
Сопоставление показателей точности выполнения отдельных элементов операции (рис. 41) позволяет определить, ка-
Р и с. 41. Трехмерная диаграмма процесса тренировки выполнения многокомпонентной операции
кие именно элементы действий лимитируют надежность выполнения всей операции. Записи времени позволяют выявить элементы, вызывающие задержку выполнения операции в целом. Для качественного определения характера затруднений, испытываемых обучаемым, целесообразно использование граф-схемы выполняемой операции (рис. 42).
В представленной граф-схеме приняты следующие обозначения:
а
Т 8.
— совокупность признаков определенной ситуации;
280
В — определенная ситуация;
а, в, с — логические условия (или показатели) для уточнения ситуации;
а — логическое условие (или показатель), противоположное логическому условию (или показателю) а;
А, В, С,..., G — предписываемые действия;
д—«прекращение» данной ситуации в результате выполнения предписанных действий.
Рис. 42. Типовая граф-схема действий оператора
Затруднения, испытываемые обучаемым в так называемых узловых точках (типа а, с), обусловлены затруднениями восприятия и оценки ситуации, а также принятия решения. Затруднения в выполнении действий, не связанных с реакцией выбора (типа А, В, С,..., G), связаны с выполнением механических операций. Очевидно, что методика преодоления этих затруднений различна.
Основной особенностью кратко изложенной системы тренажной подготовки является использование некоторых закономерностей процесса формирования навыков. Количественные методы оценки результатов обучения могут быть использованы в интересах профотбора. Использование предлагаемой системы способствует повышению качества и сокращению сроков обучения операторов. Улучшение же качества подготовки операторов является важным резервом повышения надежности и эффективности системы «человек — машина» в целом.
7. ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
тренажеров
Психологические принципы конструирования тренажеров
Тренажер — это учебное техническое средство, позволяющее формировать навыки, умения и способности, необходимые в реальных условиях труда. Необходимость овладения сложными умениями на высоком уровне и в сжатые сроки в настоящее время усиливает потребность в тренажерах.
281
Не случайно в войсках в последнее время стали создаваться и использоваться самые различные тренажеры. Тем важнее поставить эту работу на научную основу. В решении данной задачи видное место принадлежит психологической теории. Известно, что учение о тренажерах после II Всероссийского психоневрологического съезда и II Всероссийской конференции по НОТ (1924 г.) и особенно в начале 30-х годов стало существенным разделом военной психологии.
К сожалению, в начале 60-х годов появилась ошибочная тенденция главный упор в разработке тренажеров, в рамках программированного обучения, делать только на техническую сторону, игнорируя педагогическую и психологическую теории.
В настоящее время эти неверные взгляды в психолого-педагогической литературе преодолены.
На тренажере формируются навыки. Поэтому раскрытие психологических основ тренажеров, необходимых для их конструирования, требует прежде всего уточнения понятий «навык» и «тренировка». В некоторых работах навык рассматривается как автоматизированный компонент деятельности. Согласно другим определениям навык — это само действие, автоматизирующееся в процессе его упражнения. Именно с этих позиций делаются попытки построения психологической теории тренажеров '.
Инженерная психология в проблеме тренажеров решает две задачи. Первой является психологическая оценка существующего тренажера или сравнительная оценка двух вариантов однотипных тренажеров; второй — разработка психологических требований к вновь проектируемому тренажеру. Опыт показывает, что вторая задача решается более успешно па основе накопления материалов, полученных при решении первой задачи.
Вместе с тем тренажер является орудием двух принципиально различных видов деятельности: операций тренирующегося и труда тренирующего.
В отношении тренирующегося тренажер должен достаточно точно психологически моделировать реальную деятельность пли ее элементы — отдельные действия. К сожалению, принцип психологического моделирования в тренажерах нередко подменяется имитацией внешних условий деятельности. Примером этого может служить тренажер летчика — ТЛ-1, построенный по образцу кабины Линка. Тренажер имеет внешний вид самолета. В то же время крены и движения его вокруг трех осей вызывали ощущения, ничего общего не имеющие с состояниями в реальном полете. Другой пример: когда в 1953 году были предложены фотомакеты при-
1 См. К. К. П л а т о н о в. Психологические вопросы теории тренажеров, «Вопросы психологии», 19611, № 4.
282
борных досок в качестве основных массовых тренажеров полета по приборам, то у многих это вызвало недоумение. Они «недостаточно хорошо имитировали приборную доску». Потребовалась серия исследований, доказывающих, что успех решает не внешняя имитация, а соответствие психологических структур тренируемого и реального навыка восприятия приборов.
Основное психологическое требование к тренажерам: формируемые или закрепляемые на них действия должны не внешне, а по своей психологической структуре соответствовать реальным трудовым навыкам, различным по своей сложности. Потому тренажеры делятся на два типа: тренажеры отдельных элементов деятельности и комплексные тренажеры. Необоснованное увлечение имитацией привело к созданию тренажера, показания приборов которого соответствовали определенному типу самолета или другой боевой машины. Понятно, что такой весьма дорогостоящий тренажер очень быстро начинает устаревать. Можно установить интересную психологическую закономерность: чем точнее тренажер внешне имитирует определенный тип самолета, тем быстрее он морально устаревает.
При создании тренажеров в полной мере не оценен тот факт, что некоторые условности, абстрагирующие определенные элементы сенсорного поля, но точно сохраняющие связи их с моторными полями и структуру соответствующих сенсомоторных навыков, в целом являются оправданными.
Известно, что и водитель, осваивающий новый тип машины, и летчик перед вылетом на новом самолете должны получить соответствующие знания о новой технике и оттрениро-вать сенсорные и моторные навыки своего контакта с новой кабиной. Но для этого тренажер не нужен. Каждый летчик «обживает» кабину нового самолета, тренируясь выполнять без контроля зрения все необходимые действия со всеми рычагами, тумблерами и кнопками. Это же он делает в реальной неподвижной кабине лучше, чем на «морально устаревшем» тренажере. Следовательно, для чисто моторных, а не сенсомоторных навыков, связанных с операциями натомили ином рабочем месте, не только сложные комплексные, но и вообще любые тренажеры не нужны.
Иное дело сенсорные навыки и способность к чтению показаний приборов. Эти умения могут формироваться либо на тренажере, либо в реальных условиях полета, вождения танка, наблюдения за приборами на подводной лодке, вообще в реальных условиях чтения соответствующих приборов. В первом случае должна быть соблюдена реальная динамика соотношения показаний различных приборов и возможности тренировки соответствующих маршрутов переносов взгляда.
Отличным тренажером, как показали эксперименты, яв-
283
ляются специальные тренировочные фильмы. Они имеют преимущество перед фотомакетами своей динамичностью и возможностью тренировки одновременно достаточно большой группы людей. Хотя тренировочные фильмы были использованы в авиации, есть все основания считать, что они применимы и в других видах Вооруженных Сил, где речь идет о тренировке способности чтения показаний приборов и пультов управления достаточно большого числа операторов.
Тренировка сенсорного или сенсорно-интеллектуального навыка может проводиться двумя взаимно дополняющими методами. Это может быть динамическая тренировка навыков чтения приборов, внешний вид которых не обязательно должен точно соответствовать реальным приборам. Во-вторых, статическая тренировка чисто сенсорных навыков (например, распознавание по силуэтам типов кораблей, танков или самолетов). При этом не следует переходить на сложные сенсомоторные тренажеры при отсутствии закрепленных соответствующих сенсорных и моторных навыков.
Водительские сенсомоторные умения, основанные на сенсомоторной координации движения рулями управления и соответствующие воспринимаемым показаниям приборов или визуальному восприятию окружающей обстановки, наиболее трудны, но и наиболее важны для проблемы тренажеров. Пока не будет предусмотрена возможность вводить извне отклонения в приборы кабины-макеты, которые могут устраняться соответствующими движениями рулей управления, — эта искусственная кабина еще не тренажер. Более того, самая совершенная кабина, в которой приборы и рычаги управления взаимосвязаны с помощью электронных счетных машин, не имеет возможности ввода отклонений, выправляемых соответствующими рычагами управления, с точки зрения инженерной психологии, не станет тренажером.
Сказанное можно резюмировать так: наличие возможности вводить отклонения в нормальный режим приборов, имитирующих как незначительные, так и весьма грубые воздействия внешней среды, есть более существенное требование, чем внешняя похожесть кабины. Близко к этому и требование обеспечения возможности тренировки в «выведении из неопределенного положения». Эти рекомендации еще более заостряются в форме требования создания на тренажере аварийных ситуаций и возможностей их устранения. Без этого тренажер не может быть использован для полноценной психологической подготовки.
Наконец, последнее условие к сенсомоторному тренажеру: тренирующийся должен осознанно воспринимать результат своих действий. Это требование «закона эффекта», без соблюдения которого навыки и умения не формируются. Конечно, лучше, если результат воспринимается в том же виде, как и в 284
реальных условиях. Но это не обязательно. Резкий «неприятный» звонок или удар током может психологически достаточно хорошо моделировать аварию в результате ошибки.
Условный сигнал здесь выступает в роли сигнала, актуализации непосредственно связанной с ним ситуации — фиксированной установки.
психофизиологическая КЛАССИФИКАЦИЯ ТРЕНАЖЕРОВ
Вопрос о необходимой степени соответствия пультов управления тренажеров реальным пультам управления должен решаться различно, в зависимости от специфических особенностей профиля деятельности операторов. Отсюда вытекает необходимость психофизиологической классификации тренажеров. В настоящее время тренажеры по характеру их использования принято делить на: а) универсальные, б) комплексные, в) специализированные, г) функциональные. Однако эта классификация не отражает психофизиологической структуры навыков, формируемых на тренажере.
В основу классификации тренажеров, по нашему мнению, должна быть положена психофизиологическая структура деятельности людей на пультах управления и соответственно характер навыков, формируемых на тренажерах. Учитывая, что в настоящее время принято выделять в основном три рода навыков (сенсорные, двигательные и умственные), тренажеры можно разделить на четыре группы.
1. Тренажеры для формирования преимущественно сенсорных навыков.
Они служат для подготовки радистов, специалистов гидроакустических и радиолокационных станций и др. На этих тренажерах формируются (или закрепляются) навыки восприятия сигналов (часто на фоне шумов) и их первичной оценки. Элементы переработки информации, принятие решения и исполнительные действия по отношению к основной операции опознания сигнала здесь занимают как бы второстепенное положение. Операторы, воспринимая и опознавая сигнал, не воспроизводят всю совокупность и взаимозависимость данных, отраженных в информационной модели.
Естественно, что на тренажерах сенсорного профиля должно быть обеспечено максимальное соответствие между сенсорными модальностями сигнала на тренажере и теми, которые имеют место в реальной обстановке. Так, на тренажерах для подготовки операторов слухового профиля особое внимание Должно обращаться на точность имитации частотно-ампли-тудной характеристики сигналов, помех и частоты их появле-285
ния. На тренажерах для подготовки операторов зрительного профиля соответственно следует обеспечивать точную имитацию внешнего вида индикаторов, а также сигналов и помех по форме, яркости, контрасту, цвету и т. д. Что касается других элементов, входящих в состав сенсорного и моторного полей тренажера, то их соответствие реальным пультам управления, по-видимому, не обязательно.
2. Тренажеры для формирования преимущественно сенсомоторных навыков.
Эти тренажеры применяются при подготовке пилотов, танкистов, водителей автомашин, а также операторов, выполняющих задачи в режимах слежения. В деятельности этих специалистов ведущими являются сенсомоторные навыки и умения, которые в процессе тренировок могут быть доведены до автоматизма. При этом наибольшее значение здесь имеют скорость, точность и координированность движений, адекватность и согласованность действий оператора с намеченной программой. Элементы переработки информации в структуре этой деятельности существенного значения не имеют. Поэтому тренажеры этого типа должны иметь компоновку сенсорного и моторного поля, соответствующей таковым на реальных пультах управления. Естественно, это относится только к тем индикаторам и органам управления, которые используются для основных операций управления системой. Индикаторы и органы управления, используемые только при редко выполняемых второстепенных операциях, не требующих специальных навыков (включение и выключение отдельных механизмов и т. д.), могут не соответствовать таковым на реальных пультах управления или вообще отсутствовать на тренажерах.
3. Тренажеры для формирования преимущественно умственных навыков.
К этой группе прежде всего можно отнести тренажеры для подготовки специалистов оперативного профиля. Если операторы сенсорного и сенсомоторного профиля управляют непосредственно техникой, то специалисты оперативного профиля осуществляют управление техникой не непосредственно, а опосредованно через управление людьми. Это диспетчеры в авиации и на железнодорожном транспорте, командиры кораблей и т. д. Большое значение в деятельности такого типа имеет решение проблемных ситуаций. Информация о состоянии управляемых объектов поступает к оператору в основном путем докладов от отдельных специалистов. Оператор, опираясь на данные долговременной и оперативной памяти, инструкций, а также полученной информации, создает динамическую модель управляемого объекта. Обладая большим запасом знаний и способов оперирования ими, он подводит решаемую в данный момент задачу под более общие категории и со-286
ответственно использует или вырабатывает адекватные способы действий. Сенсомоторные навыки в деятельности таких операторов, как правило, существенного значения не имеют. Поэтому оборудование тренажеров такого типа может не соответствовать оборудованию реального рабочего места. Однако должно быть обеспечено максимальное соответствие смыслового содержания подаваемых оператору сигналов реально протекающим процессам и событиям.
4. Тренажеры смешанного типа.
К этой группе можно отнести тренажеры, которые обеспечивают формирование наряду с умственными, также и сенсорных или сенсомоторных навыков. Наряду с этапом переработки информации здесь большое значение имеют также восприятие информации и исполнительные действия. Тренажеры, относящиеся к этой группе, могут существенно отличаться между собой по удельному значению формируемых навыков (умственных, сенсорных или сенсомоторных).
Наиболее типичными в этой группе являются тренажеры для подготовки операторов сложных дистанционных систем управления энергетическими или технологическими блоками. Основными в работе этих операторов являются анализ и переработка информации.
Получая сообщения о состоянии системы в закодированном виде, осуществляя восприятие, расшифровку и переработку информации, оператор экстраполирует полученные данные и определяет тенденции дальнейшего развития управляемых процессов.
Преобразование информации по форме и содержанию контролируется внутренней (концептуальной) моделью, в содержание которой входит и представление о конечных результатах работы. Несмотря на то что деятельность оператора в большинстве случаев алгоритмизирована, здесь имеют место также и проблемные ситуации. Значительная роль в. этой деятельности принадлежит сенсомоторным навыкам и умениям. Поэтому сенсорное и моторное поле пультов управления этих тренажеров должно проектироваться применительно к тренажерам сенсомоторного профиля. Аналогично изложенному при проектировании тренажеров для формирования преимущественно сенсорных и умственных навыков в. основу должны быть положены рекомендации для тренажеров сенсорного профиля. Вместе с тем в тренажерах смешанного типа должно предусматриваться соответствие смыслового содержания сигналов реально протекающим процессам и событиям.
Предлагаемая классификация тренажеров и принципы ее использования при проектировании, естественно, подлежат уточнению по мере накопления опыта работы в этом направлении.
287
8. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СТОХАСТИЧЕСКИХ ИГРОВЫХ МОДЕЛЕЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РЕШЕНИЮ
НЕКОТОРЫХ ЗАДАЧ ВОЕННОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ
Из определения военной инженерной психологии следует, что, с одной стороны, она является важной отраслью общей психологии, с другой — разделом военной науки, и в первую очередь разделом боевой готовности больших военных систем.
Практика внедрения требований и нормативов по военной инженерной психологии, методов инженерно-психологической оценки военной техники на этапах ее проектирования и отработки, реализация требований и методов по профессиональному отбору и обучению личного состава — все указывает на неразрывную связь между проведением указанных мероприятий и повышением боевой готовности (рис. 43).
При комплексном исследовании качества систем «личный состав — военная техника» наиболее важным является нахождение количественных методов оценки боевой готовности больших военных систем, позволяющих, в частности, проводить оценку приспособленности военной техники к личному составу, его профессионального отбора, обучения и военного труда.
Количественная оценка качества военной техники в периоды проектирования и отработки, определение основных характеристик боевой готовности личного состава на этапах профессионального отбора, обучения связаны со значительными трудностями изучения динамических переходных процессов. Применение классических методов теории надежности в данном случае малоэффективно.
В частности, это привело к тому, что в практике инженерных исследований теория надежности военной техники стала привязываться фактически к уже созданным и отработанным техническим системам на последнем, завершающем этапе. А попытки применения этих методов к оценке боевой готовности личного состава даже на этапе эксплуатации больших военных систем в настоящее время еще не дали ощутимых результатов.
Для повышения роли и значения количественных методов при исследовании качества систем «личный состав — военная техника», на наш взгляд, необходимо решить две принципиальные проблемы.
Первая проблема связана с нахождением адекватного математического описания процессов изменения надежности военной техники на этапах проектирования и отработки и характеристик боевой готовности личного состава в моменты его отбора, обучения и эксплуатации больших военных систем.
288
Рис. 43. Программа работ
Вторая проблема заключается в разработке общих инженерных методов оценки, контроля и прогнозирования боевой готовности больших военных систем на указанных этапах.
Целью данного раздела является краткое изложение основных принципов построения стохастических (вероятностных) игровых моделей применительно к решению некоторых задач военной инженерной психологии. Практика показала, 19 Военная инженерная психология 289
что применение этих моделей в качестве основы при разработке количественных методов оценки боевой готовности больших военных систем позволяет решить в ряде важных случаев указанные выше две принципиальные проблемы.
Для однозначного понимания основных положений напомним некоторые определения, понятия и критерии боевой готовности больших военных систем, являющихся в значительной степени предметом изучения военной инженерной психологии.
Основные определения и понятия
Под большой военной системой (БВС) будем понимать совокупность военной техники и личного состава, обеспечивающих выполнение основной боевой задачи рассматриваемой системы того или иного рода или вида вооруженных сил.
Под надежностью военной техники БВС понимают способность их технических свойств обеспечивать в заданных условиях исправное эксплуатационное состояние систем на этапе боевого дежурства, выполнение боевой задачи при условии безотказной работы личного состава.
Боевой готовностью личного состава БВС называется совокупность свойств личного состава, обеспечивающих выполнение основной боевой задачи рассматриваемой системы в любой момент времени боевого дежурства в заданных условиях.
Боевой готовностью БВС называется совокупность свойств, обеспечивающих боевую готовность личного состава и надежность военной техники. Фундаментальным понятием теории боевой готовности БВС является отказ.
Отказом БВС именуется выход из строя элементов военной техники или личного состава, а также отклонение параметров и характеристик последних за допустимые пределы, которые приводят к невыполнению основной боевой задачи.
В зависимости от причин возникновения отказы БВС делятся на четыре класса (рис. 44).
К первому классу относятся отказы военной техники ввиду ее технического несовершенства, отказы типа «техника— техника» (т—т).
Второй класс отказов объединяет отказы личного состава за счет неприспособленности к нему военной техники (неуче-та при проектировании техники и отработке эксплуатационной документации психофизиологических показателей личного состава), отказы типа «человек—техника» (ч—т).
В третий класс отказов включают отказы военной техники за счет личного состава по причине недостаточного уровня его психофизиологического состояния, квалификации, отказы типа «техника—человек» (т—ч).
290
го со
Традиционные методы обеспечения
Методы военной инженерной психологии (решение проблем приспособленности к личному составу, отбора, обучения)
Р и с. 44. Связь приспособленности техники к личному составу с боеготовностью
292
Рис. 45. Основные этапы
к четвертому классу отказов относят отказы личного состава БВС, вызванные недостаточным уровнем его физического состояния, психологической неподготовленностью выполнять операции, отказы типа «человек—человек» (ч—ч).
При исследовании проблемы надежности военной техники БВС различают следующие этапы (рис. 45):
1. Этап составления тактико-технических требований.
2. Этап проектирования.
3. Этап отработки.
4. Этап эксплуатации.
При исследовании проблемы боевой готовности личного состава БВС необходимо учитывать такие периоды (рис. 45):
1. Составление требований по профессиональному отбору личного состава.
2. Профессиональный отбор личного состава.
3. Профессиональное обучение личного состава.
4. Эксплуатация личным составом военной техники.
Анализ зон оптимального взаимодействия личного состава и военной техники в заданных условиях требует использования комплексных методов одновременного изучения надежности техники и боевой готовности личного 'состава. При этом обязательным является проведение психофизиологического качественного изучения природы отказов всех четырех классов. Следующим необходимым звеном комплексного метода исследования боевой готовности больших военных систем является проведение статистического количественного анализа отказов военной техники и личного состава. Для конкретизации исследований боевой готовности БВС и практической реализации опыта, накопленного в военной инженерной психологии, важное значение имеет правильный выбор системы критериев.
Критерии боевой готовности
Критерии боевой готовности больших военных систем представляют собой числовые или функциональные характеристики, позволяющие на этапах проектирования, отработки и эксплуатации производить количественную оценку надежности военной техники и боевой готовности личного состава.
Целью разработки системы критериев боевой готовности БВС является необходимость формализации и дифференцирования сложных динамических процессов, связанных с принятием решений по выполнению основной задачи изучаемой системы рассматриваемого рода или вида вооруженных сил.
При разработке и практическом использовании критериев боевой готовности БВС необходимо стремиться к тому, чтобы выбранные критерии являлись мерой качества боевой готовности; становились количественными характеристиками боевой готовности; не теряли эффективности в статистиче
293
ском смысле; содержали в себе максимум необходимой информации о качестве; были просты, когда это совместимо с требованием полноты.
Психологически немаловажную роль играет наименование критерия, которое должно отражать целенаправленность и особенность изучаемой проблемы в целом. Выбор критериев боевой готовности ВВС следует производить в строгом соответствии с характером рассматриваемых систем и комплексов, задачами и условиями проектирования, отработки военной техники, отбора, обучения личного состава и эксплуатации больших военных систем.
Поскольку боевая готовность ВВС является качеством, характеризующим их основную особенность, обоснование критериев боевой готовности необходимо формулировать на основе тщательного и всестороннего анализа факторов, определяющих основную боевую задачу рассматриваемой ВВС рода или вида вооруженных сил.
Только в этом случае представляется возможным сформулировать вывод о том, что главными компонентами качества боевой готовности ВВС являются боевая готовность личного состава, надежность военной техники и экономичность выполнения основной задачи большой военной системы, основными критериями боевой готовности которой следует считать:
критерий боевой готовности ВВС;
критерий боевой готовности личного состава ВВС;
критерий надежности военной техники ВВС;
критерий экономичности выполнения основной задачи длительного поддержания высокой боевой готовности ВВС.
Условимся обозначать переписанные основные критерии боевой готовности ВВС соответственно символами W, R, PhD.
Основные критерии боевой готовности ВВС позволяют решать наиболее общие вопросы проектирования, отработки военной техники, отбора, обучения личного состава и эксплуатации ВВС.
Основная задача ВВС может быть выполнена при условии ее решения личным составом и военной техникой.
Ввиду того что каждое из рассматриваемых выше независимых событий можно представить в виде случайной величины, то вероятность сложного события, состоящего в выполнении ВВС задачи, согласно теореме умножения вероятностей, определяется как произведение безусловных вероятностей выполнения боевой задачи личным составом и военной техникой ВВС.
Следовательно, обобщенный критерий боевой готовности большой военной системы (W) можно представить в виде
W=PR, (1)
294
где Р — критерий надежности военной техники ВВС;
Р — критерий боевой готовности личного состава ВВС.
В свою очередь каждый из сомножителей, определяющих соответственно надежность военной техники и боевую готовность личного состава, также является сложным событием.
Критерий надежности военной техники ВВС (Р) может быть представлен в виде общей формулы
Р=^Р(4)Р(гп)Р(тпр)Рн, (2)
где Кг — вероятность того, что в момент наступления команды выполнения боевой задачи ВВС находится на боевом дежурстве (критерий технической готовности военной техники БВ(£);
P(tK)— вероятность того, что военная техника на боевом дежурстве находится в исправном состоянии (критерий надежности боевого дежурства);
Р('сн)— вероятность того, что подготовка военной техники к применению будет выполнена за установленное время ( тп) (критерий надежности подготовки военной техники к применению);
Р("Пр)— вероятность того, что на этапе применения (тпр) военная техника не будет иметь отказов (критерий надежности применения военной техники);
Рн — вероятность безотказного функционирования военной техники за счет учета при создании психофизиологических показателей личного состава (критерий приспособленности военной техники к личному составу).
Другими словами, Ри есть вероятность того, что при проектировании и отработке военной техники, эксплуатационной боевой документации и комплекса учебных средств были учтены нормативы психофизиологических показателей личного состава, несущего боевое дежурство, применяющего военную технику по назначению и проводящего его техническое профилактическое обслуживание.
Естественно, что удельные веса рассмотренных выше критериев надежности военной техники имеют различную значимость в зависимости от особенностей и целевого назначения больших военных систем.
Критерий боевой готовности личного состава ВВС (7?) может быть представлен в виде общей формулы
/? = ^С.л.с /?ф/?л.ф/?кв’ (3)
где Кг.л.с — вероятность того, что в момент выполнения боевой задачи на боевом дежурстве находится в наличии необходимое количество номеров личного состава (коэффициент готовности личного состава);
Р Ф — вероятность того, что в момент выполнения боевой
295
задачи физическое состояние личного состава БВС удовлетворительное (критерий физического состояния личного состава БВС);
/?п.ф — вероятность того, что в момент выполнения боевой задачи психофизиологическое состояние личного состава БВС удовлетворительное (критерий психофизиологического состояния личного состава БВС);
/?к„ — вероятность того, что в момент выполнения боевой задачи квалификация личного состава БВС соответствует заданному уровню (критерий квалификации личного состава БВС).
Учитывая, что под выполнением боевой задачи личным составом нужно понимать соответственно непосредственное применение им военной техники, несение боевого дежурства, проведение регламентных профилактических мероприятий, можно утверждать, что обобщенный критерий боевой готовности личного состава является основной характеристикой всех военных специалистов БВС.
Критерий экономичности выполнения боевой задачи БВС (£>) может быть представлен формулой вида
п к
£>=2 (4)
z=l у=1
где D — обобщенный критерий экономичности выполнения основной боевой задачи БВС;
Donj— стоимость /-й операции, проводимой в процессе функционирования на i-м элементе БВС;
п — количество элементов БВС;
k — количество операций на i-м элементе БВС, проводимых за время его функционирования.
Основные критерии боевой готовности больших военных систем (W, Р, Р и D) позволяют решать наиболее общие вопросы проектирования, отработки военной техники, отбора и обучения личного состава, а также вопросы эксплуатации БВС. Составляющие критериев боевой готовности БВС Рн, Кт.л.е, А?ф. /?п.ф, RKB ) могут быть с успехом использованы при решении основных задач военной инженерной психологии.
Для решения частных вопросов боевой готовности БВС возникает необходимость количественной оценки качества элементов БВС. Для этого необходимо иметь кроме основных и частные критерии, которые должны объективно отражать основную особенность БВС — их высокую боевую готовность. Именно с этих позиций должны рассматриваться важнейшие операции процесса функционирования БВС: техническое обслуживание, подготовка к применению и применение — выполнение боевой задачи.
296
Главными компонентами качества каждой из этих операций является их эффективность, надежность, боеготовность и экономичность. Поэтому критериями качества отдельных операций следует считать:
критерий эффективности операции (о>г);
критерий боеготовности личного состава при выполнении операции (Кг.л.с. );
критерий надежности операции (Рг);
критерий экономичности операции (DJ.
Здесь индекс «г» означает i-ю операцию; со: — критерий эффективности выполнения операции людьми и техникой; Р: — критерий надежности техники при выполнении операции; R: — критерий боевой готовности личного состава при выполнении операции; Dt — критерий экономичности проведения операции.
Частные критерии со:; Р:; 7?:; Dt определяются по аналогичным формулам соответственно (1), (2), (3) и (4).
Дальнейшей задачей исследования критериев боевой готовности больших военных систем является раскрытие их физического смысла, установление взаимосвязей между ними и получение исходных зависимостей для проведения соответствующих расчетов.
Методы определения критериев боевой готовности
Обобщенные и частные критерии боевой готовности ВВС зависят от множества факторов. Количественные значения этих критериев в течение времени изменяются. В связи С этим вопрос разработки основных требований к методам определения критериев боевой готовности ВВС и выбор этих методов приобретает особое значение. Учитывая сделанные замечания и тот факт, что боевая готовность ВВС трактуется как динамический процесс изменения внешних и внутренних связей большой военной системы, состоящей из сложной техники и больших коллективов людей, представляется целесообразным в качестве основных требований к методам определения критериев качества выбрать следующие требования:
1) соответствия поставленной задачи;
2) возможности математического решения;
3) доступности;-
4) критичности;
5) универсальности;
6) валидности (практической достоверности);
7) точности;
8) общности.
Первое требование означает, что метод должен позволять производить оценку, как за счет рассматриваемого ка-297
чества БВС (или ее элементов) выполняется та главная задача, для которой она предназначена. В частности, лучшему решению задачи должен отвечать оптимальный метод определения критерия качества эксплуатации БВС.
Второе требование очевидно. Оно подчеркивает важность математического решения основных задач боевой готовности БВС.
Третье сводится к тому, что использование метода не должно приводить к неоправданно сложным и трудоемким вычислениям.
Четвертое требование означает, что метод должен учитывать .изменение величины критерия. При этом изменение величины критерия должно быть адекватно количественному изменению самого качества. Согласно пятому требованию метод должен быть применим к достаточно широкой области исходных условий и данных.
Шестое требование подчеркивает необходимость практической достоверности методов.
Седьмое требование очевидно.
Восьмое требование сводится к необходимости использования метода при решении целого ряда задач. Это требование в конечном итоге сводится при решении основных задач боевой готовности БВС к необходимости использования комплексных методов, объединенных единым кибернетическим подходом. При этом необходимы такие методы, которые с равным успехом можно применять как при оценке качества военной техники, так и при оценке боевой готовности лично-rj состава БВС.
Основной особенностью периодов проектирования военной техники является выявление значительного количества недостатков технических систем и активное их устранение путем проведения целого ряда доработок. Особенностью периода обучения личного состава БВС является целенаправленное повышение его уровня знаний, умений и закрепление соответствующих навыков.
Важно отметить, что оба процесса доработки технических систем и обучения личного состава БВС с точки зрения кибернетики являются аналогичными в своей основе динамическими процессами.
В свою очередь в общем случае коллективы заводов-изготовителей военной техники и центров обучения личного состава в процессе создания и эксплуатации БВС также обучаются. Это наглядно проявляется, например, в увеличении эффективности проведения доработок и совершенствовании методов повышения квалификации личного состава в процессе создания и эксплуатации БВС.
Таким образом возникает вполне очевидная игровая ситуация взаимодействия ряда интересов (рис. 46).
298
С одной стороны, в процессе проектирования и доводочных испытаний повышается надежность и боевая готовность большой военной системы, с другой — происходит в общем случае обучение коллективов заводов-изготовителей и учебных центров.
Р и с. 46. Иллюстрация изменения параметров большой военной системы в процессе ее испытаний
Отметим, что процессы проектирования и доводочных испытаний военной техники, а также процессы отбора и обучения личного состава ввиду своей сложности и динамического характера являются стохастическими процессами, а рассматриваемая игровая модель является стохастической игровой моделью.
299
Исходя из особенностей проектирования и эксплуатации ВВС, дадим определение стохастической игровой модели экспериментатора и ВВС. Такая игра является моделью «конфликта» между взаимодействующими системами и удовлетворяет следующим условиям:
1. Ни одна из сторон не имеет в начале игры подавляющего преимущества — силы примерно равны.
2. В процессе игры обе стороны обучаются.
3. Игра есть стохастический процесс: она состоит из непрерывных «дуэлей» между случайно выбранными противниками.
4. Игра заканчивается, когда обе стороны достигают определенного уровня обучения.
5. Игра ограничена временем и конечными возможностями сторон.
Цель исследования: выявить зависимость исхода от начальных условий и динамики игры; количественно с требуемой точностью оценить основные показатели обучения сторон в процессе игры; прогнозировать ход и исход игры.
Основной трудностью решения указанных задач является отсутствие в настоящее время математических моделей, удовлетворяющих перечисленным выше условиям конфликта.
Работа в данном направлении показала принципиальную возможность построения стохастических игровых моделей. Базой таких моделей была выбрана идея объединения двух классов хорошо разработанных стохастических моделей.
К первому классу относятся стохастические модели, развитые в теории планирования экстремальных экспериментов п теории случайного поиска.
Ко второму классу относятся стохастические модели, развитые в теории обучаемости.
В основе этих кибернетических моделей используется автомат, получающий некоторые сигналы на входе (стимулы) и отвечающий на них теми или иными сигналами на выходе (реакциями). Взаимодействие системы с внешней средой описывается путем допущения, что сигналы на входе, поступающие в систему, определяются событиями, происходящими во внешней среде. При этом наступление событий может зависеть от реакции системы, воздействия внешней среды или того и другого вместе.
В каждом из этих трех случаев математическая модель обладает некоторыми специфическими особенностями. Относительно внутреннего состояния обучающихся систем предполагается лишь, что оно проявляется в том или ином распределении вероятностей проявления различных реакций. Действие сигналов на входе сводится к изменению этого распределения вероятностей.
300
Таблица 22
Некоторые стохастические модели динамики 1-го класса (модели случайного поиска).
Модели изменения степени эффективности проведения доработок вооружения (эффективности проведении обучения личного состава)
Рекуррентные зависимости изменения степени эффективности проведения доработок техники или обучения личного состава
Параметры модели
Модель динамики, построенная по принципу алгоритма самообучения
1 KW+i)=KA'-asig/z(AA:A -AQ.V) о—скорость изменения эффективности; Д(?Л,-приращение функции отклика на испытании —приращение оптимизирующего параметра Sig//—функция знака
Модель динамики, учитывающая пропорциональность
2 б—коэффициент пропорциональности
Модель динамики с забыванием
3 ^(Л+1) =^6—8AXA'AQA К—параметр забывания
Скептическая модель динамики
4 ^N+^ = ^-d^QN+d)^ «/—параметр скептизма (AQ+d)>0
301
Таблица 23
Основные формулы для начальных и центральных моментов Р-величины для случая последовательности событий, контролируемых экспериментатором
Выражения для первого начального момента Р-величин (а,) —математическое ожидание
Выражения для второго на- Выражения для второго чэльного момента Р-величнн центрального момента Р-(а2) величин (дисперсия as)
Явные формулы
• >-+С,'!Р02
ср —с2
—a,2)®2'1
Асимптотические формулы
1—Сг
—Otl.ao2
Случай ср1=ср2=ср
7 1./I ^1,00 (^1,00 Я1,о)'
сл; а11„=лг1Ф1+тс2Ф2
Случай ср1=1; ср2=0
В первом классе моделей рассматриваемая система является конечным детерминированным автоматом, а внешняя среда — конечным вероятностным автоматом (табл. 22).
Во втором классе моделей рассматриваемая система представляет собой конечный вероятностный автомат, взаимодействующий с другим конечным невероятностным автоматом— внешней средой (табл- 22—24, табл. 26, рис. 47, 48).
Стохастическая игровая модель, как было указано, объе-302
диняет в себе идеи моделей первого и второго класса, то есть моделей случайного поиска и обучения. Эта модель наиболее полно отражает особенность изменения надежности и боеготовности больших военных систем на этапах создания и их эксплуатации. Как показали исследования, она обладает большой математической мощностью и приемлемой валидностью.
Рис. 47. Формализация одного звена цепи последовательных испытаний отработки вооружения
Обозначения: А’ь А’3— соответствующие альтернативы (реакции);
О1!, О13, 0’3 — соответствующие следствия (стимулы);
( П».„ 1
|п п.22, и., —фиксированные пропорции соответствующих следствий;
f ’ Е1 Е‘
Е1^’ E1^ “ классы соответствующих событий перехода;
ГР1П_Н. ГРП*1 —векторы вероятности, где Р — вероятность успеха;
qn — fJ 1 L4nlJ q—вероятность отказа
Работает модель следующим образом. На вход в первую-часть модели поступает множество сигналов xt. Эти сигналы определенным образом преобразуются в единый сигнал Л, который поступает во вторую часть модели, где он преобразуется во множество выходных сигналов yt. Обратная вероятностная связь, через которую поступает информация из второй части модели в первую, имеет первостепенное значение в рассматриваемой модели. Она позволяет осуществлять вначале стадию диагностики (отбора существенных пара-
303
Рис. 48. Формализация одного звена цепи последовательных испытаний обучения личного состава Обозначения: А,11, А./1—соответствующие альтернативы (реакции);
О?1, О?1, Оз11 — соответствующие следствия (стимулы): п11!!, п1!12, пи(31 , „
Пп Пи пп |—фиксированные пропорции соответствующих следствии:
Е11 Е’1 о" Е1^ -J
Е11”' Е11^* еП2з1 “ классы соответствующих событий перехода;
[Рип_П . ГРП111 —векторы вероятности, где Р — вероятность успеха,
I qn_jj , LQn11-! q-- вероятность отказа
Г xi У(
I
„______,_______________________________________________________________________________________________________________j
Р и с. 48,а.
метров), затем стадию выработки правильной реакции и, наконец, стадию обученности.
Исходя из общей постановки вопроса, первую часть модели можно трактовать как модель динамического процесса обучения комплекса промышленных предприятий, участвующих в проектировании и отработке технических систем, и комплекса специализированных центров обучения личного 304
Таблица 24
Основные расчетные формулы для начальных н центральных моментов P-величин для случая последовательности событий, контролируемых большой системой
Выражения для первого начального момента Р-велнчин (aj— математическое ожидание Выражения для второго начального момента P-величин (си) Выражения для второго центрального момента Р-величин (дисперсия а2)
Рекуррентные формулы
а1,п+1 Cj 1<Х],л +
+ С1,2°'-2,п
1 TC2;o‘TC2,iai,nT + С2,2а2,л+ С2,зЯ3.л
Случай ^pj = cp2=sp
Явные и асимптотические формулы
Я1,и=?ЛЯ1,о+(1— а2 а1>“ 1—р 1 —ai+«2—у Уз 1—У1+У2 1 « 8 8 8 -Д «- e, ад ж; 4 । CQ % ~~ M * U II | 1 ''3- г. а2, п 2 ^2 J“ ~ 1-B3 —Я21,~
Случай <pi=l; у2 0 Явные и асимптотические формулы
сЧ,/г = “1,о(/г = О,2,2)
а2,п-=(1^-В2'г)л110+В2'г- а2,о’, «2,00 = ^1,0
3n~-a2,n~~a~i.n;
3oo2=ai,0(l~<x1,o)
Ci,о—а2, —й2~У?2; Ci,2—— Тг» С2,о—а22; C2,i — —
—а22—2а.^2\ С2,2=2(«1?1—«2'у2)+<?22; С2.з=?22—<р22;
а2 |-ф; Я, д- «? '2дд; B2-~^(2a1~w)
состава БВС. Вторая часть модели характеризует процесс повышения надежности технических систем — их степень отработанности и обучение коллектива людей, обслуживающих БВС.
Важно отметить, что в большом количестве частных случаев, представляющих практический интерес, возможно множество сочетаний представлений первой и второй части стохастической игровой модели.
Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что использование стохастических игровых моделей в значительной степени расширяет традиционный круг задач военной инженерной психологии. К таким задачам в первую очередь можно отнести:
активное повышение эффективности проектирования и
20 Военная инженерная психология 305
Таблица 25
Основные расчетные формулы для начальных и центральных моментов P-величин для случая последовательности событий, контролируемых экспериментатором и большой системой
Выражения для первого начального момента Р-величин (aj—математическое ожидание
Выражения для второго начального момента Р-величин (“а)
Выражения для второго центрального момента Р-ве личину (дисперсия jt2)
Рекуррентные формулы
а1./г к а2{а-,а>л- + '?2)я1,л+(?1~с?2)Я2.л «г,п • i=a2^2+(al2~ - а^2—2а2^2)а11П+ + [2(at <Pj— а2'Р2)+'Р2+ + ?22]='2,Я('Р„“2- ?22)- dSn а1,/г + 1 = ^2,/г + 1— —гА а 1Л4-1
Случай <f!=y2=^ Рекуррентные формулы
а2,м + 1 ^2 ‘2 — „ ° 1,п [ 1“а2,л + 1““
•сР)я1,п -2а2<р); Я],„ж[2(а^— _~2 “ 1,п (-1
Случай tpi=Y2=c? Явные и асимптотические формулы
Случай -,'и=-,'!2=1
Явные и асимптотические формулы 7о2=72.1==0 при 7£1=ТС2=7С
доработок сложных технических систем за счет их целена* правленного приспособления к личному составу;
сокращение до минимума дорогостоящих испытаний БВС за счет эффективного применения методов инженерной психологии в промышленности на этапах создания БВС;
повышение квалификации обслуживающего персонала БВС за счет оптимального его отбора и обучения;
разработка инженерных методов оценки, контроля и прогнозирования боевой готовности и надежности БВС на эта* 306
Таблица 26
Возможные альтернативы, следствия и вероятности их применения для событий, контролируемых экспериментатором и большой системой
№ п/п. Альтернатива Следствие Оператор Вероятность применения
Вооружение комплекса
1 А—отказ О—эффективная доработка L'ЦР1—? цР +(1 f 11)' •71/
2 А—отказ О—неэффективная доработка 12Р+(1—'p'la)’ Ли' Рг.'12
3 А—отказ О —отсутствие доработки £,i3P=cp'i3f>-|-(l —9'13) • •7п' ^-'13
4 А—успех О —эффективная доработка ср 21). •721' (1 Р)™'21
5 А—успех О—неэффективная доработка L' 22P=Y 2^Р + (1 ?,22)7<22 (1-^22
6 А—успех О—отсутствие доработки L' 2зР=у' 2?,Р +(1—<Р/2з)7,23 (1-Р)тг'23
Личный состав комплекса
1 А—отказ О—эффективное обучение •7п" Ж1
2 А—отказ О—неэффективное обучение L'\2R=<t"i2R+(l- ?"12). •712"
3 А—отказ О—отсутствие обучения L "13R “ /'13R+(1 ?"1з) •71з" (1-/?)я"13
4 А—успех О —эффективное обучение A"21/W"2i£+(W"2i)- •721" (1- ЯК21
5 А—успех О—неэффективное обучение £"22R=?"22/?+(l-?"22)- •722" (1-/?)Г-"22
6 А —успех О—отсутствие обучения 1"2з/?=?"2з/?+(1-'Р"2з) (1-Я)*"23
те11 + Ч2 + ’ЧЗ— 1
7121 + г-22 + г-23 ~ 1
20*
307
пах их создания и эксплуатации, включающих количественную оценку динамического процесса оптимизации взаимодействия личного состава и военной техники в заданных условиях.
Кроме того, можно решать ряд проблем, связанных с совершенствованием технологического процесса изготовления военных технических систем и повышением уровня и качества отбора обучения личного состава ВВС.
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ОТРАСЛЕВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ
1. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ В АВИАЦИИ
Авиационная техника прошла за последние 25 лет огромный путь от винтомоторных поршневых самолетов до сверхзвуковых истребителей. Чтобы правильно оценить темпы прогресса в этой области, достаточно вспомнить, что еще в начале текущего столетия высота полета измерялась метрами, дальность— сотнями метров, а скорость — десятками километров в час. В настоящее время самолеты летают на высотах более 30 000 метров, при скорости до 3000 км/час, при практически неограниченной дальности полета с дозаправкой самолета в воздухе.
Управление полетом современного самолета предъявляет повышенные требования к точности и своевременности сенсомоторных реакций летчика.
С психологической точки зрения управление самолетом представляет собой органическое единство двух процессов: восприятия и воздействий на органы управления. Сочетание восприятия и моторики характерно и для других видов деятельности. Однако их сложные взаимосвязи в условиях дефицита времени выдвигают летную деятельность на особое место.
Подчеркивая значение восприятия и движений летчика, нельзя недооценивать роль других психологических процессов, особенно мыслительных. Они существенно влияют на характер летной деятельности.
В связи с конструктивными и тактико-техническими изменениями современных летательных аппаратов, с внедрени
309
ем автоматики в системах управления и контроля меняется содержание психологических и инженерно-психологических проблем в авиации. Ниже рассматриваются некоторые из них.
Психологические вопросы управления самолетом
В настоящее время в управлении самолетом наметилась тенденция замены функций оператора автоматическими и полуавтоматическими устройствами.
Относительно принципиальной схемы ручного управления можно сказать, что она существенно не изменилась. Сейчас, как и раньше, используются ручка (штурвал) для управления по тангажу и кренам и педали, вызывающие «рысканье» самолета.
Однако нарастание скоростей полета увеличило нагрузку на рули управления до такой степени, что эффективность его не могла быть обеспечена физическими возможностями летчика. По данным Гертеля, приводимым 3. Гератеволем *, максимальное усилие для отклонения руля высоты ручного управления отталкивающим движением двух рук составляет 100 кг, движением на себя — 85 кг. Для отклонения элеронов одной рукой необходимы усилия в 18 кг для толкающего движения и 16 кг для тянущего. При воздействии ноги на руль поворота требуется усилие до 216 кг.
Разумеется, эти цифры должны расцениваться как ориентировочные, т. к. реальные усилия определяются типом самолета, режимом выполняемого полета, индивидуальными особенностями пилотирующего летчика.
На современных реактивных самолетах применяются бустерные системы, позволяющие воздействовать на рули управления самолета с минимальной затратой физических усилий. В связи с этим возникла вторичная проблема искусственной «загрузки» рулей, для сохранения «чувства» самолета летчиком. Изыскание оптимального инградиента усилий на ручки при управлении самолетом является актуальной проблемой инженерной психологии.
Наиболее существенной чертой построения систем управления летальных аппаратов является внедрение автоматики. В связи с этим возник и продолжает обсуждаться вопрос о судьбе пилота на самолете по мере расширения сферы применения автоматических средств управления.
На наш взгляд, автоматы не вытесняют летчика из системы управления, а лишь заменяют его на время выполнения отдельных функций по управлению самолетом. Такая
1 См. 3. Гератеволь. Психология человека в самолете. М., Изд-во иностранной литературы, 1956.
310
«замена» прежде всего целесообразна при необходимости стабилизировать на длительное время режимы полета. Применение с этой целью на самолетах гражданской авиации автопилота уменьшает утомление летчиков во время продолжительных рейсовых полетов.
Наиболее сложным и ответственным этапом управления самолетом является посадка в сложных метеорологических условиях, где происходит наибольшее число летных происшествий. Поэтому вполне оправданы поиски надежной системы автоматической посадки.
Отмечая сложность технических изысканий в этой области, остановимся более подробно на психофизиологическом аспекте автоматической посадки. Особый интерес представляет тот случай, когда летчик в процессе автоматической посадки самолета в силу тех или иных причин вынужден будет взять управление машиной на себя.
Прежде всего необходимо ответить на вопрос, что для летчика сложнее: выполнение посадки начиная с захода на нее или переключение автоматического управления на себя в непосредственной близости от взлетно-посадочной полосы? Здесь следует определенно подчеркнуть, что более сложным для летчика является переход от автоматической посадки на ручную, причем сложность эта обратно пропорциональна расстоянию от ВПП.
В качестве главных причин этих затруднений летчика-оператора можно отметить следующие:
а) пусковой механизм активного включения в деятельность всегда требует определенного времени, поэтому осложнение, вызванное нарушением работы автоматической системы, будет усугубляться реакциями со стороны оператора;
б) время (момент) и характер отклонений в работе автоматики всегда 'будут для оператора в той «ли иной степени неожиданными, что затруднит принятие своевременного и правильного решения;
в) ответственность этапа посадки и наличие аварийной ситуации (при выходе из строя устройств автоматического управления) вызывают определенную эмоциональную реакцию у пилота, что в ряде случаев может значительно снизить эффективность его действий;
г) непрерывные полеты с автоматической посадкой разрушают сложные двигательные навыки ручной посадки.
Все сказанное требует, наряду с решением технических проблем надежности автоматической посадки, особое внимание уделить созданию эффективных тренажеров для формирования и поддержания у летчиков навыков ручного управления и разработки алгоритмов действий оператора для типичных и наиболее вероятных аварийных ситуаций.
311
Психологические проблемы разработки бортовых средств отображения информации
Летчик в полете всегда четко представляет себе пространственное положение самолета и характер его эволюции, режим работы силовой установки, специальной и вспомогательной аппаратуры.
Полет на современном самолете немыслим без определенного минимума авиационных приборов, дающих возможность контролировать летчику высоту, скорость, курс и многие другие параметры движения самолета. Причем значимость отдельных приборов и приборных групп меняется в зависимости от конкретного этапа или характера полета. В настоящее время принята следующая классификация их по назначению:
1) пилотажно-навигационные приборы;
2) приборы контроля за работой авиационной силовой установки (авиационного двигателя). Эти приборы называют также моторными приборами;
3) приборы контроля за состоянием отдельных самолетных систем и устройств. Иногда их называют вспомогательными приборами;
4) приборы автоматического пилотирования и автоматического регулирования режимов работы двигателя.
Последняя группа принципиально отличается от первых трех, имеющих для летчиков контрольно-познавательное значение, и предназначена для замены реакций летчика автоматическим устранением возникающих отклонений как в режимах полета, так и в режимах работы силовой установки (мотора, двигателя).
Сравнивая между собой значение первых трех групп приборов, надо отметить различный характер познавательных процессов, осуществляемых летчиком через каждую из групп. Через пилотажно-навигационные приборы летчик черпает сведения о пространственном положении самолета и его динамике. Они позволяют создавать и поддерживать целостный образ эволюций пилотируемого самолета. Отсюда важный вывод для летчика о необходимости практически непрерывного наблюдения за приборами этой группы, с обязательным сопоставлением и обобщением их показаний. Контроль за приборами второй и третьей групп может носить и носит, как правило, периодический характер.
Проблемой управления самолетом по приборам начали заниматься в 30-х годах текущего столетия.
Подробно значение отдельных приборов анализировал Н. М. Добротворский Каждый прибор, по его мнению, име-
1 См. Н. М. Добротворский. Летный труд. М., изд. ВВА, 1930. 312
ет своей задачей облегчить летчику ориентировку в особенностях полета. Однако он предостерегал от увлечения большим количеством авиаприборов. Н. М. Добротворский выдвинул принцип размещения приборов по их значимости. Впоследствии в ряде экспериментальных исследований был сформулирован принцип группировки приборов по контролируемым системам.
Н. М. Добротворский сформулировал некоторые требования к циферблатам приборов, а также к оформлению цифр и всей приборной доски. Так, циферблаты приборов должны иметь черный матовый цвет, цифры и доску целесообразно окрашивать желтым (или желтоватым) цветом. Требование матового цвета для поверхности циферблатов и доски Н. М. Добротворский связывал с нежелательностью отблесков как в условиях солнечной погоды, так и ночью, когда отблески от доски и циферблатов могут быть особенно вредны.
Пионерами экспериментального изучения особенностей восприятия показаний авиаприборов были Н. В. Зимкин и Н. А. Эппле. В их исследованиях1 были сформулированы физиологические требования к величине знаков (цифр, делений), их количеству, взаимному расположению на шкалах авиаприборов применительно к дневным и ночным условиям полета. Останавливаясь на характеристике цифр, Н. В. Зимкии, например, рекомендует прямое расположение их как наиболее выгодное. Величина цифр зависит от их количества. Если цифр немного, то их можно делать более крупными. Рекомендуется сочетать крупные цифры (основные) с мелкими. Лицевые части приборов должны быть лишены надписей, не имеющих отношения к профессиональной деятельности летчика.
Интересны эксперименты Н. В. Зимкина в условиях малых освещений. Выяснилось, что деления толщиной от 1,5 до-2,0 мм на расстоянии одного метра от глаз наблюдателя отчетливо видны при освещенности всего в 0,1 люкса; деления толщиной в 1 мм—при освещенности в 0,5 люкса; деления толщиной 0,2—0,3 мм — при 3 люксах.
Позднее, рассматривая общие требования к шкалам авиационных приборов, Н. В. Зимкин приводит результаты интересного экспериментального исследования. Он указывает в ряде работ2 на желательность стандартизации положения начальных точек на шкалах и участков критического значения показаний. Со значительным отставанием (1947— 1951 гг.) к этому вопросу обратились зарубежные ученые— Уоррик и Гретер, Каппауф и другие.
1 См. Н. В. Зимкин. к вопросу о видимости шкал авиационных приборов. Сб. трудов, посвященных проф. В. Н. Долганову, изд. ВМА, 1935, и др.
2 См. Н. В. Зимкин. Психофизиологическая оценка шкал на циферблатах авиаприборов. Труды ЦЛАМ ГВФ, т. II, 1937.
313.
Для предотвращения спутывания приборов летчиком во время полета Н. В. Зимкин совершенно правильно рекомендует заботиться об оформлении внешнего вида прибора, допуская использование в этих целях закрашивания наружных частей обода и незанятую делениями часть шкалы.
Важные вопросы оформления авиационных приборов были подняты в работе Н. А. Эппле1. Он экспериментальным путем определял влияние на восприятие показаний приборов формы циферблата и стрелок, положения стрелки, длины ее конца и наличия на шкале дробных делений. В результате экспериментальных поисков были сделаны существенные выводы. Сектором, где оптимально воспринимались показания стрелки, был верхний. Лучшей стала величина стрелки, конец которой был на середине дробных делений шкалы. Форма стрелки, по мнению Н. А. Эппле, должна подбираться в зависимости от прибора. Универсально-лучшей стрелки не существует. Форма циферблата, наличие окружных линий не оказывают существенного влияния на количество мелких погрешностей отсчета; количество грубых ошибок увеличивается вместе с числом окружных линий. Дробные деления шкалы лишь в небольшой степени способствуют более точному восприятию положения стрелки на шкале. При этом количество мелких ошибок снижается с 48,3% До 27,6%; количество же грубых, наоборот, возрастает с 1,4 до 3%.
В связи с излагаемым следует упомянуть обширное исследование X. Бекстрема, которое, хотя и не имеет прямого отношения к отсчету по авиаприборам, содержит данные, представляющие интерес для авиационной инженерной психологии. Его многочисленные эксперименты проведены на специально изготовленных карточках. Наблюдатели отсчитывали по ним, производя интерполяцию при различной частоте промежуточных делений. В результате Бекстрем пришел к выводу, что для наибольшей точности измерений используемая шкала должна быть разделена как можно более мелко. Такой вывод находится в видимом притиворечии с выводами Эппле, так же как и с результатами наших экспериментов. Это противоречие объясняется особенностями применявшихся методик. У Н. А. Эппле и в наших экспериментах восприятие показаний приборов происходило в условиях дефицита времени. У испытуемых Бекстрема ограничения во времени наблюдения не было. Касаясь значения толщины штрихов, X. Бекстрем указывает на возрастание среднего значения погрешности с увеличением толщины штрихов.
1 См. Н. А. Э п п л е. Влияние формы циферблатов и стрелок на восприятие показаний приборов. Тр. ЦЛАМ ГВФ, т. II. 1937.
314
По его мнению, каждый наблюдатель использует свою индивидуальную шкалу, на основании которой им производится оценка десятых долей внутри интервала.
Многочисленные эксперименты по проблемным вопросам полетов по приборам проводились К. К. Платоновым, А. П. Поповым, Б. М. Пиковским, В. А. Поповым, Е. Н. Журбиным, А. Г. Шишковым и другими.
Начиная с 1942 г. большое количество работ по изучению восприятия показаний авиаприборов и их конструированию появляется в США. Исследования здесь ведутся совместно психологами и инженерами. Так, для упрощения пилотирования самолета в облаках и при посадке ВВС США провели экспериментальное изучение восприятия и оценки показаний трехстрелочного высотомера и новых вариантов шкал. В качестве наблюдателей были 97 летчиков ВВС и 79 студентов. Применением трехстрелочного высотомера американцы стремились повысить цену деления шкалы при малых габаритах прибора. Однако эта идея себя не оправдала, и сами американцы предлагают для замены трехстрелочного высотомера 4 типа шкал, которые сокращают число ошибок: комбинация стрелки и счетчика, вариации вертикальной подвижной шкалы и счетчика, длинная подвижная вертикальная шкала, обычный цифровой счетчик.
Проведенные эксперименты по исследованию влияния совмещения указателей на считывание показаний с приборов усилили эффективность совмещения при рациональном сочетании указателей. Вместе с этим было выявлено, что не всегда совмещение оказывается рациональным.
Комбинированная индикация нескольких параметров применяется в сложных системах «Сперри», «Смит», «Бен-дикс» и «Коллинз». Они построены на применении комбинированных приборов, лицевые части которых дают информацию летчику о магнитном курсе самолета, его тангаже и кренах, отклонениях от заданной глиссады, положении самолета относительно посадочной полосы (по направлению и расстоянию до нее). Перечисленные указатели комбинируются в основном в двух приборах. Форма указателей и их сочетания отличаются друг от друга.
Фирма «Бендикс» разработала систему из двух приборов диаметром в 10 см: «Указателя дорожки» и «Указателя положения самолета в воздухе». На одном из приборов («Указатель дорожки») размещены вертикальная проекция «самолетика», а также две перекрещивающиеся стрелки: глиссадная и курсовая. На этом же приборе находится движущаяся курсовая шкала. Силуэт «самолетика» в сочетании с подвижной шкалой дает возможность ориентироваться в курсовой характеристике полета. На втором приборе — «Указателе положения» — сосредоточены индикаторы крена,
315
тангажа и скольжения. Указатель тангажа представлен в виде двух рисок и тонкой горизонтальной линии, которая, перемещаясь в вертикальной плоскости самолета, дает возможность оценивать угол тангажа.
В системе «Смит», разработанной в 1954 г., действуют два основных прибора: «Комбинированный компас» и «Направляющий горизонт». В первом объединены указатели радио- и магнитного курсов. При этом стрелка магнитного курса имеет кольцо, предназначенное для его совмещения с вертикальной стрелкой радиокурса. Такое совмещение необходимо для плавного выхода на заданную линию полета. Прибор содержит вертикальную подвижную планку, которая показывает положение самолета по отношению к выбранному лучу маяка. Для количественной оценки отклонений самолета на приборе имеется горизонтально расположенная шкала. Второй прибор — «Направляющий горизонт» имеет указатель тангажа в виде вертикально перемещающейся горизонтальной черточки при наличии неподвижного индекса. Для количественной оценки тангажа вверх и вниз от неподвижного индекса нанесены дополнительные точечные отметки. Небольшая горизонтальная черточка является индексом глиссады. Отклонение «самолетика» от этого индекса указывает изменение пути следования самолета от заданной глиссады планирования. Индикация курса здесь осуществляется с помощью короткой узкой метки, находящейся в нижней части прибора. «Направляющий горизонт» имеет сигнальные флажки для информации о выходе из строя авиагоризонта, курсовой системы и глиссадной системы. Указатель крена здесь выполнен в виде горизонтальной планки, проходящей через центр лицевой части прибора, и перемещающийся по нижней части прибора кольцевой метки. Здесь же располагаются отметки для количественной оценки крена.
Так же как и в системе «Бендикс», в системе «Смит» нет наглядного отражения положения самолета к линии посадки. Напротив, в системах «Сперри» и «Коллинз» летчик имеет возможность количественно и в образной форме оценить направление самолета по отношению к заданной линии полета и расстояние до этой линии. Для этой цели один из приборов данной системы имеет вертикальную проекцию «самолетика», жестко связанную с корпусом приборной доски, указатели радиокурса, средняя часть которого смещается в зависимости от расстояния пилотируемого самолета до заданной линии полета. Эта часть прибора фирмой «Сперри» выполнена в виде острого угла, а фирмой «Коллинз» представлена прямой линией. Поэтому во втором варианте («Коллинз») введен перекидной индекс, показывающий приближение или удаление самолета от радиомаяка. В системе 316
«Сперри» такое назначение имеет направление острого угла подвижного индекса.
Некоторыми зарубежными фирмами для самолетного оборудования предлагаются системы указателей в виде вертикальных шкал с короткими стрелками. Такие шкалы, наряду с положительными особенностями (компактность размещения, простота отсчета), обладают и рядом отрицательных свойств: затруднено дифференцированное восприятие отдельных шкал, благодаря чему создается предпосылка к погрешностям восприятия, связанным с перепутыванием шкал; ограниченная линейная протяженность этих шкал, трудность контроля положения коротких стрелок периферическим зрением.
Применение счетчиков вместо приборов со стрелками имеет существенные особенности. Отсчет по счетчику, как правило, проще, чем по шкале прибора. Особенно это относится к двухстрелочным приборам. Восприятие же счетчика периферическим зрением значительно хуже, чем восприятие и оценка однострелочного прибора. При проектировании приборов в виде счетчиков следует отчетливо отделять десятые доли единиц, ибо в противном случае создается предпосылка для грубых погрешностей при отсчете в условиях дефицита времени. Приборы-счетчики должны находиться непосредственно перед глазами летчика, то есть в центральной части приборной панели.
Следует избегать применения приборов с двумя неравнозначными шкалами на одной окружности (например, ВД-20). Такие шкалы вызывают трудности, а с ними и погрешности отсчета двух видов:
а) летчик может путать назначение стрелок, благодаря чему возможны грубые ошибки в оценке контролируемого параметра;
б) в условиях дефицита времени, когда отсчет производится по положению стрелки и знанию шкалы, из-за наличия двух шкал на одной окружности, интерполяция (нахождение промежуточных значений) может производиться с большими погрешностями.
Военно-морские ведомства США, совместно с фирмой Дуглас, разрабатывают оборудование кабины самолета, заменяющее приборную доску со всеми установками двумя телевизионными экранами. В центре горизонтального пульта управления находится круглый телевизионный экран диаметром около 20 см, на котором в мелком масштабе появляется медленно движущееся изображение местности под самолетом, видимое таким, как с большой высоты. Положение самолета в каждый данный момент показывает точка в Центре экрана, периметр которого используется для индикации азимута (по внешнему кругу), расстояния до базы, чис
317
ла оборотов мотора и других данных. Летчик всегда имеет наглядную информацию о наличии горючего, а также о расстоянии полета по мере использования горючего с учетом влияния ветра. Максимальная дальность полета самолета после его заправки соответствует радиусу карты, изображенной на экране. Затем на экране появляется круг, уменьшающийся по мере расходования горючего до точки по исчерпании запасов последнего. Деформация и уменьшение в размерах круга происходят в соответствии с данными, выдаваемыми счетно-решающим устройством.
Второй телевизионный экран расположен, подобно окну, вертикально перед летчиком. В ясную погоду пилот видит сквозь экран местность впереди самолета. В условиях тумана, облаков «окно», содержащее тонкий, почти прозрачный слой люминофора, превращается в плоский телевизионный экран, на котором получается изображение той местности, которую летчик видел бы в ясную погоду при дневном свете. На том же экране показываются также скорость, высота и крен самолета.
Заменой приборной доски телевизионным устройством ВМФ США стремится значительно упростить самолетовождение на сверхзвуковых скоростях в сложных метеорологических условиях. При этом предполагается, что переход от визуального пилотирования к телевизионному окажется намного легче, чем переход к пилотированию по сложному комплексу приборов, с необходимостью индивидуальной оценки показаний каждого из них. Таким образом, может быть уменьшена утомляемость летчика, а вместе с этим снижена вероятность его ошибок и аварий. С введением такой системы могут быть понижены требования к способностям летчика.
В более позднее время разработаны новые виды индикации. Так, фирмой «Конвер» предлагается оптико-механическая система «Киналог», в которой сделана попытка устранить в полете по приборам противоречие между зрительными и кинестетическими ощущениями. Фирма «Смит», а в дальнейшем «Коллинз» и другие рекомендовали паравизуальные приборы, позволяющие контролировать тенденции в динамике самолета с помощью периферического зрения.
К вопросу физиологии и психологии применения сигнализаторов
Обеспечивая летчика необходимыми для обычного и слепого полетов качественными и количественными показаниями, авиаприборы имеют вместе с тем существенный недостаток, проявляющийся в периоды наибольшей перегрузки внимания летчика. Существо этого ’недостатка приборов заключается в отсутствии или слабом проявлении привлекающего действия указателей приборов.
318
Занятый выполнением боевого задания (разведка противника, сопровождение бомбардировщиков, воздушный бой), летчик может не заметить, что тот или иной контролируемый параметр полета или работы двигателя вышел за допустимый уровень. Иногда характер отклонения от режима полета требует немедленных действий летчика; летчик же, не замечая опасного события, продолжает выполнять менее важные для данной ситуации действия.
Для устранения подобных явлений наиболее важные параметры полета при переходе за границы допустимого для них уровня работы контролируются через сигнализаторы, форсированно привлекающие внимание летчика к опасному событию. С физиологической точки зрения сигнализаторы — это такие раздражители, которые вызывают ориентировочный рефлекс и тем способствуют своевременному восприятию нового события.
Точность восприятия и оценки летчиком сигнализаторов значительно больше, чем при восприятии оценки показаний приборов. Это объясняется прежде всего тем, что сигнализатор дает в основном качественную характеристику соответствующему контролируемому режиму. Содержательная сторона его сообщения проще показания прибора. Чаще всего сигнализатор имеет одно, реже два-три значения. Прибор же, как известно, часто содержит на шкале свыше тысячи единиц измерения (КУС-1200, КЭС, ТЭ-15 и др.).
Количество возможных форм сигнализации теоретически соответствует количеству имеющихся у человека анализаторов (органов чувств). Иными словами, сигналы могут быть зрительными, слуховыми, тактильными и болевыми, двигательными, обонятельными и т. п. Однако по практическим соображениям ряд анализаторов — вкусовой, обонятельный, двигательный — нерационально использовать как основу для конструирования сигнализаторов. Наибольшее значение имеют зрительные и слуховые сигнализаторы, поскольку соответствующие им анализаторы играют первостепенную роль в познавательных процессах человека.
По характеру воздействия на летчика сигналы разделяются на регистрирующие, привлекающие и предупреждающие.
Регистрирующий вид сигналов, по-видимому, правильнее назвать констатирующим, поскольку имеются в виду сигналы о включении обогрева, открывания створок люка и т. п. Иными словами, констатируется факт, что определенное дей-стие летчика достигло цели. Привлекающая сигнализация имеет целью привлечь внимание летчика к тому или иному вошедшему в действие самолетному агрегату (например, работе фотоаппарата). Предупреждающая сигнализация вступает в действие при наличии опасных явлений (начало обледенения и т. п.).
319
Анализируя воздействие зрительного сигнала на летчика, можно выделить следующие типичные моменты, позволяющие в дальнейшем дать рабочую классификацию различного времени восприятия и оценки показаний сигнализаторов.
1. Сигнал включен, однако в силу того, что его воздействия не падают на рецепторную часть анализатора (сетчатку глаза), раздражение, адекватное данному сигналу, отсутствует. Это может иметь место при значительном повороте головы летчика вправо, в то время как светосигнал появится в левой части приборной доски самолета. Время от момента появления сигнала до начала его воздействия на рецепторную часть анализатора мы условно называем временем отсутствия воздействия на него. Это, как показал опыт, имеет значение при анализе результатов исследования восприятия сигнализаторов в летных условиях.
2. Летчик повернул голову по направлению движения самолета, но смотрит выше капота вперед. Световые раздражения от сигнала падают на сетчатку глаза, однако летчик сосредоточил внимание на другом, пересекающем курс самолете. Корковый очаг, соответствующий этому воздействию, находясь в состоянии сильного возбуждения, тормозит прочие участки коры, поэтому показания сигнализатора некоторое время остаются незамеченными. Отрезок времени от начала воздействия светосигнала на рецепторную часть анализатора до недифференцированного восприятия его летчиком назван временем привлечения внимания летчика.
3. Обнаружив появление сигнала и переведя на него взгляд, летчик воспринимает его содержательную сторону, событие, скрывающееся за этим сигналом. Восприняв и оценив значение сигнала, летчик реагирует на его появление тем или иным образом. Частным случаем может быть словесная реакция. Соответственно этому следует выделить время оценки сигнала (или его чтения).
4. Время от появления сигнала до речевой или двигательной реакции названо общим временем реакции на сигнал.
В лабораторных условиях использовался также известный термин времени экспозиции сигнала, т. е. времени от появления сигнала до его исчезновения.
При выборе конкретного вида сигнализатора необходимо учитывать их общее количество и вероятность одновременного воздействия на летчика во время полета.
В этом отношении световые сигнализаторы имеют ряд преимуществ перед всеми другими. Действительно, если одновременно загораются два, три и более сигналов, летчик имеет возможность оценить их значение в рациональной последовательности. Воздействие же на летчика нескольких звуковых раздражителей не позволит ему дифференцировать
320
«содержание сигналов, вследствие чего сигнализаторы из важных вспомогательных факторов превращаются в помехи.
Световые сигнализаторы имеют, однако, и некоторые недостатки. Как известно, зрительный анализатор наиболее чутко .(после тактильного) реагирует на воздействие перегрузок. Кроме того, следует считаться с ограниченностью поля зрения.
Поэтому на самолетах, снабженных большим числом сигнализаторов, решающее значение приобретает их систематизация при распределении на приборной доске.
Компоновку следует производить по функциональному принципу, группируя родственные по значению сигналы. Это позволит летчику делать предварительные выводы о характере происшедшего события по месту появления сигнала. Чаще для этого будет достаточно восприятия сигнала периферическим зрением. В дальнейшем, переведя взгляд на включившийся световой сигнал, летчик сумеет точно установить отклонение режима полета или работы двигателя за допустимые границы.
В связи с уточняющим восприятием летчиком сигнала об опасном событии возникает вопрос о рациональном внешнем оформлении сигнала. Прежде всего следует позаботиться о том, чтобы сигнал не обладал слепящим действием, что особенно важно при ночных условиях полета. В противном случае сигнал, предупреждая об одной опасности, может стать источником другого аварийного положения, особенно если полет происходит на малой высоте (например, посадка) или в сомкнутом строю. Необходимо также обеспечить простоту восприятия и оценки сигнала. Здесь опорой в конструировании сигнализатора оказываются физиологические механизмы восприятия, учет характера воздействия выбранного для сигнализации раздражителя на соответствующий анализатор.
Помимо первосигнального, образного характера сигнала (цвет, форма) желательно сообщить ему второсигнальное, словесно-понятийное качество. Это, в частности, достигается надписями, делаемыми около сигналов, или оформлением сигнала в виде освещаемой изнутри стеклянной панели с надписью (табло).
Как уже было отмечено выше, целесообразно выделить несколько моментов воздействия сигнала на летчика. В связи с этим особенного внимания требует период отсутствия воздействия сигнала, когда световые импульсы не достигают рецепторов зрительного анализатора. Специальные летные эксперименты показали, что во время выполнения полета такие периоды иногда исчисляются десятками секунд и даже минутами.
.21 Военная инженерная психология 321
В этом случае на помощь приходит возможность использования сигналов, адресующихся к другим анализаторам. Наиболее подходящими для этой цели являются звуковые раздражители, применение которых должно осуществляться с учетом упомянутых выше их недостатков. Следует исключить возможность одновременного воздействия нескольких звуковых сигналов.
В решении проблемы бортовой сигнализации необходимо исходить прежде всего из типа самолета, его назначения и конструктивных особенностей. В конкретной системе сигнализации следует искать рационального компромисса многочисленных подчас противоречивых требований.
Словесный звуковой сигнал может иметь две формы: конкретную частную, например «агрегат не работает», и региональную, как-то: «двигатель», что может означать для летчика необходимость обратиться к сигнализаторам и приборам, контролирующим работу двигателя. Если же через звуковой сигнализатор регионального характера поступают сразу несколько сигналов, то должна быть предусмотрена автоматика для подачи их в шлемофон летчика поочередно. Это исключит возможность возникновения крайне нежелательного смешения звуков в недифференцируемый шум.
Известно, что летчикам нередко приходится подвергаться воздействию ярких источников света. С другой стороны, сами сигнализаторы могут вызывать слепящий эффект при их неудачном оформлении и длительном воздействии. В связи с этим при проектировании сигнализаторов необходимо учитывать некоторые положения физиологической оптики, в частности особенности воздействия ярких источников, закономерности цветоощущения и др.
Мы считаем наиболее эффективным применение зонного принципа сигнализации, когда оператор имеет сигнал о наличии в системе того или иного аварийного отклонения. Далее системой знаков внимание оператора привлекается к конкретному прибору, с помощью которого можно получить исчерпывающую информацию о возникшем отклонении. Такой принцип освобождает оператора от непрерывного изнурительного поиска отклонений в работе контролируемых систем.
Эффективное решение указанных проблем является важным фактором прогресса военной авиационной психологии и медицины. Инженерно-психологические исследования не только повышают надежность системы «летчик — самолет», но и оказывают существенное влияние на снижение требований к летчикам в процессе отбора и допуска к полетам, так же как на продолжительность обучения или переучивания летного состава.
322
2. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОПЕРАТОРА-ДЕШИФРОВЩИКА В СИСТЕМЕ ОБРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИИ
Внедрение в массовом масштабе ракетно-ядерного оружия во все виды Вооруженных Сил и, главное, создание нового вида—Ракетных войск стратегического назначения—в корне изменили лицо армии, характер вооруженной борьбы. Повысилась возможность с помощью стратегических ракетно-ядерных средств значительно ускорить достижение основных целей войны, а массовое применение оперативно-тактических ракетно-ядерных средств позволяет в кратчайшие сроки добиваться изменения тактической и оперативной обстановки в интересах решения общих стратегических задач. Ныне резко возрастает глубина, динамичность, быстротечность боевых действий войск. В связи с этим значительно расширяется объем дешифровочных задач, усложняется их характер, и резко возрастают потоки информации.
Система получения и обработка дешифровочной информации состоит из нескольких подсистем. В самом общем виде к ним относятся: приемное устройство сигналов, передающее устройство, канал связи, оператор-дешифровщик. Последний является важнейшим и решающим звеном этой информационной системы. Он выполняет ряд функций, включающих получение информации, ее обработку в определенных целях и выдачу переработанной информации. Его деятельность в настоящее время связана главным образом с обработкой аэрофотоинформации.
Деятельность военных операторов-дешифровщиков имеет сенсорно-интеллектуальный характер. Съем информации осуществляется зрительным анализатором оператора. Возможности обнаружения сигнала зависят, с одной стороны, от качества аэрофотоизображения и своеобразных условий «кодирования» объектов за счет проективных, масштабных и фотометрических преобразований их характеристик на аэроснимке; а с Другой—от различительной чувствительности, разрешающей способности, стереоскопической пластичности и других свойств зрительного анализатора. Обработка информации при дешифрировании аэроснимков в конечном итоге сводится к ее декодированию и оценке и относится к мыслительным операциям. Выдача переработанной информации связана с ее формальным перекодированием, характер которого определяется стоящей перед оператором задачей (в виде донесения при дешифрировании по мокрым аэронегативам, разведывательной схемы и т. п.).
Деятельность оператора-дешифровщика опирается на изучение аэрофотоизображения, представляющего собой своеоб-21 * 323
разную информационную модель, с той или иной степенью подобия отражающую элементы реальной обстановки и взаимосвязи между ними. Для этой модели свойственны: случайное распределение оптических плотностей; в общем виде гомоморфно-структурное соответствие источнику информации; высокая информационная емкость, определяемая большим числом воспроизводимых элементов (порядка 1010 двоичных единиц на кадр 30X30 см при числе градаций яркости т={6 и разрешающей способности R = 50 линий на мм); малая степень обобщения; известное кодирование информации.
Дешифрирование — очень сложный процесс, который может быть рассмотрен с разных позиций, в частности с технической, в плане воспроизведения объектов и их дешифрируе-мости, с точки зрения формы протекания процесса, его физиологического и психологического содержания, организации и методики производства работ и т. д. В этом разделе рассматриваются некоторые из указанных аспектов.
Информационные аспекты дешифрирования
Военное дешифрирование по своей форме представляет специфический информационно-логический процесс снятия неопределенности в сведениях о противнике ,и местности. Дешифрирование совокупности объектов (У) опирается на использование системы признаков (X).
Количество информации, извлекаемой в результате дешифрирования, независимо от определения содержания или оценки состояния объектов, равно разности энтропии, то есть степени неопределенности до опыта и после опыта:
rx^H(Y)~H(y X), (1)
где И (У) —полная энтропия дешифрируемого объекта;
Н(У)Х) —условная энтропия дешифрируемого объекта при реализации определенного признака.
Для определения количества информации в случае использования одномерной системы признаков может быть использовано выражение:
N М N
I=- 2 2 • 2 , (2)
7=1 ;=1 7=1
где N —множество дешифрируемых объектов;
М —общее количество используемых признаков;
Р j —вероятность появления /-го объекта;
Рt —вероятность появления i-го признака;
Р(У)1Х i)—условная вероятность /-го объекта при наличии признака i.
324
Когда множество дешифрируемых объектов (N) равно общему количеству используемых признаков (Л4) и условные вероятности Р (у j/x i) =0 или P(y/-/xi) = l, количество информации равно исходной энтропии:
/=-2>t/)-iogP(7). (3)
7 = 1
При Р1 = Р,...=Р]=...РЛ=Р logP-logM (4)
Ограниченность применения приведенных формул теории информации к дешифрированию зашумленных информационных моделей связана с их абстрагированием от уровня опознания; с трудностями определения априорного распределения вероятностей появления объектов и присущих им признаков; с «пренебрежением» взаимным влиянием зашумленных объектов друг на друга; с неучетом структурной и внесгруктурной информативности зашумленных стимулов, их ценности. Как видно, необходим корректный подход к использованию аппарата теории информации, с учетом физической природы воспринимаемой информации и психологических закономерностей переработки ее человеком-оператором.
Для преодоления первых трудностей и упрощенного определения количества извлекаемой при дешифрировании информации, с помощью выражения (4), необходимо установление иерархически построенного алфавита дешифрируемого множества объектов, с условным делением на подмножества (виды, классы, типы) '. Например, из множества летательных аппаратов может быть выделен вид — самолеты; они подразделяются на классы — бомбардировщики, истребители и др., а последние — на конкретные типы. Тогда количество информации на уровне вида, класса и типа в случае равновероятности объектов и других ограничений может быть определено из выражений:
/в logA'-logA'J
ZK=logjV— logAU , (5)
/T = logjV J
где Л'ВА к—количество типов объектов, принадлежащих данному виду и классу.
При опознании на уровне типа неопределенность полностью снимается и количество информации становится равным исходной энтропии. При подсчете количества информации следует учитывать разную величину алфавита сформированных классификационных категорий.
1 Используется терминология, принятая в исследованиях ВВС.
325
Следует подчеркнуть, что изложенная методика дает приближенную оценку извлекаемой информации. Для того чтобы полностью преодолеть сформулированные выше трудности и получить более объективные результаты, необходимо введение дополнительных критериев, связанных с определением относительной, абсолютной и семантической информативности стимулов, с учетом закономерностей их восприятия. Для этих целей необходимы также систематизация и формализация дешифровочных признаков объектов, их весовая оценка, набор статистики по распределению дешифрируемых объектов и их признаков.
Надежность результатов дешифрирования характеризуется полнотой полученной информации, ее достоверностью и скоростью получения. Полнота и степень подробности, а следовательно, и достоверность могут быть оценены через количество извлеченной информации с учетом уровня опознания. Помимо этого, достоверность дешифрирования для каждого конкретного уровня может быть определена через вероятность правильного опознания (Р= , где п — число правильных
случаев опознания, N—число зафиксированных объектов). Скорость определяется продолжительностью времени дешифрирования одного кадра (объекта). При определении эффективности результатов следует учитывать ценность извлекаемой информации. В этом отношении перспективно использование аппарата статистической и динамической теории решений, с введением функций риска, потерь и других весовых критериев.
Более подробно теоретико-информационный подход к дешифрированию изложен в специальных работах*.
Психологическая модель дешифрирования
По своему содержанию дешифрирование представляет сложную психическую деятельность эвристического характера. В настоящее время под эвристической деятельностью понимается процесс решения нетривиальных задач человеком в условиях недостатка или избыточности информации и отсутствия заданной жесткой системы критериев и алгоритмов. Последнее не исключает чисто статистических аспектов дешифрирования, связанных с использованием вероятностной,
1 См. Г. Б. Г о н и н. Об измерении объема информации при дешифрировании. Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии, т. 8, № 1, <1963. И. С. Комаров, В. Ф. Р у б а х и и, Л. Т. Сафронов. Дешифрирование аэроснимков как опознавательный и информационный процесс. Сб. «Аэросъемка и ее применение». М.—Л., изд-во «Наука», 1967, и др.
326
априорной информации, с анализом структуры аэрофотоизображения, включая оценку распределения ее элементов, с использованием определенных статистических закономерностей между объектами, с вероятностной экстраполяцией полученных данных и т. д. Особенно это характерно для изучения природных ландшафтов, фонов местности и оценки их оперативно-тактических свойств, а также для анализа сложных военных объектов. Однако функционируют статистические механизмы с определенными ограничениями, в рамках эвристической деятельности.
Дешифровочный процесс имеет иерархическую структуру и складывается из нескольких уровней, а каждый из них — из множества этапов. Уровни и этапы взаимообусловлены между собой прямыми и обратными связями, образуя несколько взаимосвязанных локальных систем. На каждом этапе функционирует определенный набор поисковых, перцептивно-опознава-
Уровень пла пирования дешифровочного процесса
Уровень структурного анализа и поиска информации
Уровень детального анализа
Уровень обшей оценки информации
Р и с. 49. Информационно-логическая модель дешифровочного процесса
327
тельных и логических операций различного характера. При этом используются дешифровочные признаки разного ранга.
Модель дешифровочного процесса зависит от ряда факторов: содержания дешифрируемых объектов, особенностей аэрофотоизображения, задач дешифрирования и др. Она будет различной для разных видов военного дешифрирования: оперативно-тактического, стратегического, военно-инженерного и др.
Большинство задач военного дешифрирования имеет избирательно-поисковый характер. В общем виде процедура решения подобных задач складывается из следующих уровней: 1) планирования дешифровочного процесса; 2) структурного анализа и поиска информации; 3) детального анализа информации; 4) общей оценки информации (рис. 49).
На первом уровне могут быть выделены этапы: а) «ввода» в дешифровочную обстановку путем использования априорной информации (вероятностные характеристики объектов разведки, условия аэрофотосъемки, атмосферно-оптические условия и т. д.); б) определения района поиска объектов разведки; в) планирования дешифровочного процесса в целом. Фактически на этом уровне формируется внутренняя, так называемая концептуальная модель решения конкретной дешифровочной задачи. На втором уровне осуществляется поиск заданных сложных (СО) и простых (ПО) военных объектов1. При этом поиск состоит из нескольких этапов разного порядка. К ним можно отнести поиск заданного СО или нескольких СО в пределах кадра: поиск внутри СО зон возможного расположения ПО; поиск заданных ПО и др. На третьем уровне выделяются этапы: а) анализа и интерпретации СО; б) опознания ПО с необходимой степенью деятельности, их подсчета и привязки; в) определения состояния СО. Этот детальный анализ сопровождается и завершается контрольными операциями. На последнем уровне делается окончательный вывод о характере, свойствах и состоянии изображенной ситуации, о замыслах противника.
По мере перехода от одного уровня к другому снимается неопределенность, сокращается объем избыточной информации и возрастает объем полезной информации с последующим, ее обобщением.
Как видно, для различных уровней избирательно-поискового дешифрирования характерно использование различных по своей природе, сложности и возможностям технического моделирования психических процессов. Планирование дешифровочного процесса связано с применением чисто логических операций аналитического характера: поиск объектов связан с
1 К простым объектам (ПО) относятся отдельные одиночные объекты— самолеты, корабли, танки н т. п.; к сложным (СО)—упорядоченная совокупность ПО, объединенных целевым назначением. Например, аэродромы, ракетные, военно-морские базы и т. д.
328
перцептивно-поисковыми и опознавательными операциями эвристического характера; детальный анализ аэрофотоизображения—с операциями смыслового восприятия; а оценка ситуаций—со сложными логическими операциями синтетического характера.
Структурный анализ восприятия и опознания аэрофотоизображения
По своей форме дешифрирование аэрофотоизображения — своеобразный информационный процесс. По содержанию дешифрирование представляет собой сложную психическую дея-
Р п с. 50. Структурная схема, процесса восприятия
дельность, которая требует значительной активности различных психических процессов: смыслового восприятия, представлений, мышления ‘. В этой, деятельности перцептивные действия являются начальными, а умственные — ведущими.
Как было сказано, концептуальная модель дешифровочного процесса зависит от физической природы дешифрируемых ооъектов, указанных выше особенностей аэрофотоизображения, стоящей задачи и субъективных качеств оператора-де-
1 См. В. Ф. Рубахин. Физиологические и психологические основы! ДешпфрИрования аэроснимков. Сб. «Теория и практика дешифрирования CJPocniiMKOB» М.-Л., изд-во «Наука», 1966.
329)
шифровщика. В целях оптимизации дешифровочной деятельности возникает необходимость структурного анализа процессов восприятия и опознания при обработке аэрофоторазведы-вательной информации.
Процесс восприятия объектов или их изображений в ограниченных пространс1венно-временных условиях имеет развернутый характер. Этот процесс может быть расчленен на ряд этапов-операций: 1) поиск и обнаружение сигнала; 2) их различение; 3) идентификация; 4) декодирование (рис. 50).
Эта этапность отчетливо проявляется при восприятии малоразмерных, малозаметных по своему яркостному контрасту, зашумленных и замаскированных, зачастую незнакомых в прежнем опыте объектов, с которыми приходится иметь дело при дешифрировании аэроснимков.
На первом этапе происходит установление наличия стимула в информационном поле без определения границ, формы контура и других свойств воспринимаемого стимула. В статистическом смысле слова здесь решается задача вероятностного отнесения стимула к одной из двух категорий: «сигнал/шум» или «шум». Статистическая теория идеального наблюдателя, широко применяемая в радиолокации, предполагает, что свойства наблюдателя, отнесенные к определенному рабочему уровню, остаются постоянными на всем интервале наблюдения. В этом случае результат наблюдения характеризуется общей ошибкой (критерий идеального наблюдателя):
7=р(А1*;а0)Р(А0)+^(4*М1)Р(А1), (6)
где А\ —наличие сигнала,
До —отсутствие сигнала,
Д*о — решение об отсутствии сигнала,
А*/ —решение о наличии сигнала,
P(A*i/A0) — условная вероятность ложной тревоги, Р(А*о/Д1)—условная вероятность пропуска сигнала.
В статистической теории обнаружения сигналов используются и другие критерии: критерий минимума среднего риска, критерий Неймана—Пирсона, отношение правдоподобия и др. Весовые критерии в большей степени характеризуют опознавательную деятельность человека. При этом в работе реального наблюдателя имеет место взаимодействие статистических •свойств сигнала и статистических свойств наблюдателя, за •счет колебания рабочего уровня последнего вокруг некоторого значения. Колебания обусловлены функционированием •сенсорных механизмов и механизмов перекодирования сенсорных сигналов. При обработке аэрофоторазведывательной информации рабочий уровень близок к пороговому.
Успех обнаружения малоразмерных целей на аэроснимке зависит от различительной чувствительности, разрешающей способности зрительного анализатора и, следовательно, от 330
размеров и контрастности объектов, а также от знания района поиска и продолжительности времени наблюдения.
На втором этапе осуществляется сравнительный анализ стимулов между собой, в первую очередь на основе различения яркостных контрастов и выделения контура. Операция выделения контура реализуется по принципу так называемой параллельно-последовательной развертки, что обеспечивает расчленение комплексного стимула на элементы и последующее их объединение в определенную систему. Механизм психической развертки далеко не изучен.
На следующем этапе осуществляется идентификация стимулов, то есть отнесение их к некоторому множеству геометрических образов, но без раскрытия внутреннего содержания. В практике дешифрирования эта операция обычно совпадает с операцией последнего этапа — с декодированием, то есть с соотнесением стимула с реальным объектом. При дальнейшем изложении будем считать их совмещенными. Попутно отметим, что в некоторых случаях дешифрирования может быть совмещение и других этапов, вплоть до совмещения обнаружения с опознанием. Например, при дешифрировании кораблей на однородном фоне водной поверхности.
Здесь может быть намечено несколько стадий: а) выделения и анализа информативных признаков; б) формирования зрительного образа; в) альтернативного выбора гипотезы; г) окончательного опознания. Как видно, при восприятии в затрудненных условиях отчетливо выделяется перцептивная фаза, связанная с изучением признаков объекта и становлением его образа, и собственно опознавательная фаза
Процесс анализа признаков имеет сложный характер и включает: выделение элементарных признаков (например, углов и линий при восприятии контурных фигур); мысленную численную оценку их градаций; преобразование элементарных признаков в мета-элементы, инвариантные к различным преобразованиям; выделение наиболее информативных из них; генерацию распределений признаков разной модальности; вероятностное распределение признаков по гипотезам, с учетом весовых характеристик. У простых контурных объектов жесткой конфигурации максимум информации несет контур.
В работах В. А. Ганзена и Р. М. Грановской1 2 дан подробный анализ первичных и вторичных признаков, используемых при формировании мысленных эталонов контурных изображений и опознании последних. Авторами к первичным признакам
1 См. В. П. Зинченко. Теоретические проблемы психологии восприятия. Сб. «Инженерная психология». М., изд. МГУ, 1964.
2 См. В. А. Ганзен. Метод формирования первичного эталона контура. Материалы XVIII Международного психологического конгресса. Симпозиум 16. М., 1966. Р. М. Грановская. Теоретическая модель опознания контурных изображений, там же.
331
отнесены: а—прямолинейность («о) или криволинейность (си} участка; р— знак кривизны, выпуклый (pi) или вогнутый (Ра)? у — максимальная абсолютная величина кривизны; б — абсолютная величина приращения угла наклона касательной; — линейные размеры участка; е — постоянная или переменная кривизна участка; г] — монотонное (rji) или немонотонное (т]2) изменение кривизны на участке. Каждый участок контура характеризуется упорядоченной группой или, лучше сказать, кортежем перечисленных признаков. Упорядоченная последовательность таких групп образует первичный код данного контура. Первичные признаки и коды преобразуются с целью выделения свойств контура в целом. Вторичные признаки показывают, содержит ли контур прямолинейные участки, имеет ли он вогнутости, включает ли он только плавные криволинейные участки или острые углы, или то и другое; имеет ли в своем составе дуги окружности; как распределяются линейные размеры участка по длине контура; сколько вогнутостей и криволинейных участков имеет контур; суммарное абсолютное приращение угла наклона касательной на контуре; периодичен ли контур. Совокупность вторичных признаков образует вторичный код, более компактный, инвариантный и экономичный. Способы упорядочения признаков разных рангов, построения их кортежей еще далеко не изучены. Возможны и другие их варианты (Р. И. Виноградов, 1964). Выявление оптимальных наборов признаков имеет большое значение для автоматического опознания образов.
Выделение элементарных признаков осуществляется на уровне сетчатки и простых рецептивных полей (РП) коркового центра зрительного анализатора подсознательно, автоматически; выделение и анализ более сложных признаков — комплексными корковыми РП1. Анализ признаков при построении образов, как показывают исследования последних лет, происходит скачкообразно, без полного перебора.
В практике дешифрирования используются более укрупненные целостные структуры, а также система опосредствованных признаков. В настоящее время дешифровочные признаки принято делить на прямые, косвенные и комплексные. К прямым признакам относятся непосредственно принадлежащие опознаваемому объекту геометрические и оптические характеристики; к косвенным — количественные, пространственные, временные, функциональные, причинные зависимости между объектами; к комплексным— общая структура аэрофотоизображения и его отдельных областей. При этом структура аэрофотоизображения может быть подразделена на макроструктуру и
1 См. В. Д. Глезер. Механизмы опознания зрительных образов. М.-Л., изд-во «Наука», 1966.
332
микроструктуру. Под макроструктурой понимается общий рисунок аэрофотоизображения, который определяется сочетанием природных комплексов и искусственных сложных объектов разного достоинства. Под микроструктурой понимается рисунок отдельных контуров, обычно более или менее однородный для природных объектов. Кроме того, в качестве специфических дешифровочных признаков используются статистические закономерности между компонентами природной и оперативнотактической обстановки. Эти признаки используются как при визуальном, так и при инструментальном дешифрировании. К ним, в частности, относятся статистические зависимости между элементами макроструктуры: количество элементов; частота их встречаемости; средняя площадь элементов, их экстремальные значения и распределение; ориентированность элементов п др. (В. Ф. Рубахин, А. В. Садов, 1967).
Статистические характеристики описания микроструктуры аэрофотоизображения в настоящее время разработаны применительно к инструментальному микрофотометрическому дешифрированию природных фонов '. К ним относятся: средняя величина деталей, их экстремальные значения и распределение; характер чередования деталей; средняя оптическая плотность и ее экстремальные значения; периодичность колебаний оптической плотности и др.
Параллельно с выделением и анализом признаков происходит формирование и запоминание перцептивного образа объекта. Исследования последних лет говорят о фазности формирования перцептивного образа. Так, по мнению Б. Ф. Ломова, выделяются следующие фазы этого процесса применительно к простым изображениям: отражение положения фигуры относительно 'некоторой системы координат, ее общих размеров, пропорций и основного яркостного (цветового) тона; отражение наиболее резких перепадов контура, основных дета-лей фигуры, уточнение ее яркостных (цветовых) характеристик; различие мелких деталей фигуры и уточнение ранее выявленных признаков; формирование адекватного образа и его проверка1 2. В исследованиях Л. М. Веккера3 перцептивный образ рассматривается в качестве сигнала-кода на общем фоне взаимоотношений источника информации и носителя информации. Сигнал-код и источник информации в идеальном случае связаны между собой изоморфными отношениями. С психоло
1 См. Д. А. Янутш. Микрофотометрирование как средство дешифрирования аэроснимков. Сб. «"Вопросы дешифрирования ,и фотограмметрической обработки аэроснимков». М.—Л., изд-во АН1 СССР, 1963.
2 См. Б. Ф. Ломов. О структуре процесса опознания. Материалы 1966^ Международного психологического конгресса. Симпозиум 16, М.,
3 См. Л. М. Век к ер. Восприятие и основы его моделирования. Изд. ЛГУ, щи.
333
гической точки зрения перцептивный образ является своеобразным психическим изображением объектов внешней среды. Для него характерны адекватность отражения, предметность, структурная целостность, константность проекций, субъективность.
В основе опознания (идентификации и декодирования) отдельных объектов лежит сравнение перцептивных образов с запечатленными в памяти обобщенными эталонами и выбор соответствующей гипотезы. Причем сравнение носит поэлементный характер, но различной степени детализации.
В статистическом смысле слова здесь решается задача отнесения реализации, то есть некоторого отдельного образа (Sy), к одному из N—классов объектов (Л1,-), когда N более двух. Каждый из классов (реализаций) описывается распределением вероятности их появления и совокупностью распределения вероятностей градаций признаков.
Исследования последних лет свидетельствуют о том, что процесс восприятия зашумленных изображений осуществляется по более сложной схеме, связанной с фазовым трансформированием промежуточных образов в «итоговой», со структурным сопоставлением этих образов с эталонными различного информационного содержания. Сопоставление образов имеет активный характер. При сопоставлении образов идет избирательная переработка информации, завершаемая установлением между ними изоморфно-гомоморфных отношений. При значительном разрушении изображения шумами опознание может быть достигнуто за счет привлечения внешних индикаторов.
Условно рассматриваемая стадия может быть охарактеризована следующими операциями: предварительное, опережающее выдвижение системы гипотез и оценка их априорной вероятности; оценка условных вероятностей и весовых характеристик используемых признаков; выбор гипотезы; оценка апостериорных вероятностей; проверка гипотез; формулирование ответа или смена гипотез.
На рис. 51 представлена модифицированная модель выбора гипотезы наблюдателем при опознании1. Она состоит из приемника сигналов, блока перебора признаков, блоков оперативной и долговременной памяти, блока выбора гипотез различного информационного содержания и определения их апостериорной вероятности, генератора формирования системы гипотез, порогового устройства.
Процедура выбора гипотезы сводится к следующему. Информация об опознаваемом объекте через приемник сигналов поступает в блок исследования признаков. В этот же блок из долговременной памяти поступают эталонные гипотезы, как
1 Е. Н. С о к о л о в. О моделирующих свойствах нервной системы. Сб. «Кибернетика, мышление, жизнь». М., изд-во «Мысль», 1964.
334
блок долговременной памяти
Рис. 51. Функционально-структурная схема выбора гипотез при опознании
правило, сериями, проходя, как через фильтр, блок учета априорных вероятностей гипотез. На основании учета предварительной информации (предынформации), поэлементного сравнения сформированного образа с эталонными образами выбирается гипотеза и оценивается ее апостериорная вероятность. В простых случаях, при опознании отдельных объектов, на основе независимых, равновероятных, прямых признаков, возможно, эта оценка осуществляется в соответствии с теоремой Байеса:
P(Ni)P(AKINi)
, (7)
м
1=1
где P(Ni/AK)—апостериорная вероятность гипотезы А(- при использовании признака Лк;
Р(Л\) —априорная вероятность появления объекта
P(AK/NA—условная вероятность признака А к при наличии объекта N;.
Апостериорные вероятности гипотез сравниваются с порогом (а,Пор ). При превышении его происходит опознание. Регуляция процесса апробации признаков и ввода новой серии эталонных гипотез осуществляется через генератор системы гипотез- Как только вероятность одной из гипотез достигает необходимого максимума, энтропия данной системы гипотез падает ниже величины—₽Эитр 11 апробация признаков прекращается. Если порог опознания не будет превзойден, через генератор системы гипотез вводится новая серия гипотез и осуществляется сравнительный анализ. Конечно, это лишь предположительная схема. Как видно, в ходе проверки гипотез происходит перераспределение их вероятностей.
Рассмотренная схема справедлива для простых случаев опознания. Использование комбинаций признаков, оценка их весовых характеристик, учет окружающей ситуации приводят к иному перераспределению гипотез. К этому надо добавить динамический характер алфавита используемых человеком признаков.
При работе с зашумленными мелкомасштабными аэрофотоизображениями низкой разрешающей способности последние и соответствующие им перцептивные образы связаны с мысленными эталонами гомоморфными отношениями. Здесь возникает специфическая задача по конкретизации характера этих отношений. Этот процесс осложняется тем. что переход от пространства информационных моделей (пространства наблюдений) к пространству образов (пространству решений), по нашим предварительным данным, проходит через некоторую систему трансформирующих, промежуточных образов.
.336
Для выяснения динамики процесса выбора гипотезы в сложных условиях нами совместно с Ю. А. Дранишниковым и А. М. Розовым были проведены специальные экспериментальные исследования. Естественный процесс зрительного восприятия, развертывающийся в этих условиях от «нерасчлененного видения» к «детальному видению» (И. М. Сеченов), моделировался в экспериментах с опознанием фотоизображений объектов разной степени разрешения, в различных временных режимах. Были поставлены три серии экспериментов: а) с принудительным выбором категорического ответа; б) с альтернативными ответами; в) с альтернативными ответами в условиях варьирования времени экспозиции. Алфавит состоял из 16 реализаций с 10 градациями по разрешению от 5 до 35 линий на миллиметр. Стимулы предъявлялись на экране. Время экспозиции варьировалось от 0,3 до 1,5 сек. Группа наблюдателей колебалась от 7 до 46 человек на опыт. Всего было выполнено более 4000 наблюдений.
Проведенные эксперименты показывают, что процесс выбора гипотезы в этих условиях осуществляется по принципу прогрессивной классификации, проходя при этом через несколько уровней. В общем виде процесс опознания идет от уровней с очень большой энтропией к уровням с суженным информационным содержанием. Например, при дешифрировании объектов ВВС от вида (самолет вообще), к классу (стратегический бомбардировщик) и от него к типу. На каждом уровне используются признаки различного характера и осуществляется экстраполяция к эталонам разных алфавитов. Речь идет о функционировании кодовых деревьев (рис. 52). Как показано в работе Р. М. Грановской (1966), каждое из них может иметь весьма сложную структуру. Каждому уровню соответствует альтернативный ряд дизъюнктивных суждений. На отдельных уровнях выбор гипотезы может происходить через несколько стадий. Экспериментально на уровне конечного множества были выделены стадии случайного перепутывания гипотез, ограниченных альтернативных «мщений и отождествления. Стадии делятся на фазы. Для стадии случайного перепутывания намечаются фазы непроизвольного перепутывания гипотез, группового и внутригруппового дифференцирования их (рис. 53). Процесс напоминает цепную реакцию.
По результатам экспериментов, с улучшением качества изображения происходит общее сокращение количества альтернативных выборов на данном уровне. Это сокращение идет неравномерно, приближаясь к закону отрицательной геометрической прогрессии (рис. 54). Общее сокращение количества альтернативных ответов сопровождается относительным ростом количества менее альтернативных выборов до появления категорических ответов (рис. 55). В целом процесс осуществляется по методу последовательных испытаний. Эти за-22 Военная инженерная психология 337
Рис. 52. Многоуровневая схема выбора гипотез
кономерности подтверждаются в экспериментах по опознанию' в различных временных режимах. С увеличением времени экспозиции происходит неравномерное сокращение альтернатив (рис. 56).
В процессе восприятия большая роль принадлежит саморегулирующим адаптирующим механизмам, благодаря которым поддерживается адекватность опознания, общая достоверность, за счет снижения определенности ответа. Общая достоверность обеспечивается либо альтернативными ответами на данном уровне, либо переходом на уровень меньшей информационной полноты. При развитых опознавательных навыках возможна вероятностная самооценка альтернативных ответов.
Успех опознания (декодирования) объектов при дешифрировании зависит от целого ряда объективных и субъективных факторов. В частности, в ряде работ советских психологов (Б. В. Барский, М. А. Гузева и др.) показаны зависимости вероятности опознания контурных объектов от степени сложности контура. По результатам их экспериментов, вероятность, опознания фигур разных классов в условиях ограниченного времени наблюдения уменьшается более чем в 2 раза с усложнением контура (сложность контура оценивалась в энтропийных мерах). На наш взгляд, для оценки степени сложности контура более адекватным является энтропийный смысловой подход. Зная степень сложности простого контура объекта, масштаб, контраст и степень разрешения аэрофотоизображения, можно приближенно прогнозировать вероятность их опознания. Более точный прогноз обеспечивает указанная выше система показателей информативности стимулов.
Как было сказано, важное значение при дешифрировании имеет и учет априорной информации. Априорная информация 338
Стимулы
Непроизвольное перепутывание гипотез
Внутри групповое дтрференц. гипотез
Групповое дидлреренц. гипотез
со со сэ
об опознаваемых объектах может иметь количественный и качественный характер. К первой из них относятся данные о вероятности распределения объектов, ко второй — сведения об окружающей ситуации.
Рис. 54. Зависимость альтернативных выборов от качества изображения
Ni—число выборов на данной фазе; N — общее число выборов
О роли количественной априорной информации свидетельствует следующий эксперимент. Двум группам наблюдателей было предложено опознать фотоизображение объектов низкой степени разрешения R] = 12 л)мм и 7?г = 19 л!мм. В экспериментальной группе указывалась вероятность предъявления фотоизображений, в контрольной группе вероятность не сообщалась. В каждой группе было сделано по 2000 предъявлений в случайном порядке. Как видно из таблицы 27, значение априорных вероятностей предъявления объектов при затрудненных условиях их восприятия способствует повышению результатов опознания в определенных пределах, причем в большей степени для более высоковероятных объектов.
На результаты опознания влияет не только дефицит априорной информации, но и ее эмоциональная окраска. Об этом свидетельствует следующий эксперимент по дешифрированию объектов оперативно-тактической разведки. Были выбраны две группы дешифровщиков средней квалификации. В первой группе при введении в дешифровочную обстановку создавалось впечатление о «сильном противнике», во второй группе—о «сла-340
00
Рис. 55. Динамика альтернативных выборов в зависимости от качества изображения Д'—количество выборов
R л! мм
бом противнике». Причем никаких конкретных данных об оперативно-тактической обстановке не приводилось. Работа выполнялась в условиях ограниченного времени.
Р и с. 56. Динамика альтернативных выборов в зависимости от времени экспозиции
Таблица 27
Влияние знания априорных вероятностей на результаты опознания
Вероятность предъявления Результаты опознания
контр, группа Экспериментальная группа
/?2=19 л{мм
о,3 0,11 0,15 0,20
0,7 0,28 0,43 0,54
Таблица 28
Влияние эмоциональной окраски априорной информации на результаты дешифрирования
Экспериментальные группы Результаты дешифрирования
вероятность правильного опознания Вероятность неправильного опознания
ошибочные ответы пропуски
1 группа 0,35 0,25 0,40
II группа 0,25 0,18 0,57
342
Результаты этого эксперимента показывают, что при дешифрировании «слабого противника» снижается количество правильных случаев опознания главным образом за счет увеличения пропусков. При дешифрировании «сильного противника» в 2 раза возрастает число случаев ложных тревог (более 20% от всех случаев фиксации объектов). Как видно, тенденциозная априорная информация может заметно повлиять на результаты опознания, особенно у неопытных операторов-дешифровщиков, оказывая на них определенное эмоциональное воздействие. Следовательно, в реальных условиях оператор-дешифровщик должен своевременно получать достоверную и точную информацию об обстановке.
Результаты дешифрирования зависят от степени важности (стоимости) правильного опознания целей и допущения ошибок, а также от степени ответственности работы оператора-дешифровщика
Эксперименты показали, что с ростом ответственности заметно сокращается количество ложных тревог фактически без увеличения количества правильных определений.
Эвристические аспекты дешифрирования
Дешифрирование в целом представляет собой сложную эвристическую деятельность, которая имеет иерархическую динамическую структуру и управляется конечной целью. Она связана с перспективным (упреждающим) планированием стратегии поиска; с последовательным решением многоуровневой задачи, расчленяющейся на ряд частных задач и подзадач, причем каждая подзадача может быть расчленена на более элементарные; с выработкой и сменой алгоритмов на основе оценки ситуаций и использования прошлого опыта.
Специальные исследования и практика работы операторов-дешифровщиков показывают, что эвристические способы и приемы используются при решении различных дешифровочных задач.
Нами были проведены три серии экспериментов: а) по перцептивному изучению ПО (объектов ВВС) в целях выявления закономерностей перебора признаков в процессе восприятия фотоизображений и формирования эталонных образов; б) по опознанию одиночных и групповых ПО с определением их вида, класса и типа в целях выявления тактики поиска и закономерностей использования признаков при решении опознавательных задач различного уровня; в) по поиску военных объектов в пределах кадра в целях выявления стратегии поиска СО и ПО.
1 См. R. Sadacca. Human factors in image interpretation. Photogram. Engng., N 6, 1063.
343
Для проведения экспериментов была использована модифицированная методика кинорегистрации движений глаз (ЛГУ) дешифровщиков в сочетании с магнитофонной фиксацией их речевых ответов и воспроизведением воспринятых или опознанных объектов. К экспериментам были привлечены слушатели одного из высших военно-учебных заведений. В ходе экспериментов было решено около 100 перцептивных, опознавательных и поисковых задач различного содержания. Для качественной и количественной обработки траекторных кривых использовался фиксационный метод с определением количества точек фиксации, плотности их распределения, продолжительности фиксации и траекторный анализ с определением направления маршрута, величины скачков, описания маршрута и т. п.
Результаты первой серии экспериментов показали, что перцептивные операции являются непременным компонентом процесса восприятия на стадии выделения информативных признаков, ознакомления с содержанием изучаемого объекта и последующего формирования эталонных образов.
В настоящее время установлены некоторые аналитические зависимости между траекторными и временными затратами на изучение и энтропией стимулов. Последняя оценивалась на основе выделения смысловых элементов фигур и определения характерных точек перегиба контура. Выполненные исследования, в частности, подтвердили аналитические зависимости между временными затратами и энтропийными характеристиками информационных моделей, установленные В. И. Николаевым (1965). В общем виде эта зависимость аппроксимируется выражением:
п
Т'=0,03-6-Я+2 (8)
г=1
где Н — энтропия изображения;
b — операционный коэффициент, связанный с реализацией элементарных операций по изучению стимула;
т — время, связанное с «механическими» перемещениями при поиске информации.
Выявлено, что операция по выделению информационного содержания объекта имеет свою внутреннюю структуру. Эта операция может быть расчленена на ряд этапов — подопераций: а) расчленение поля изображения (двухмерного пространства признаков) на ряд компактных областей; б) детальный анализ областей с поиском и выделением наиболее информативных признаков; в) синтезирование областей признаков в единое целое. На каждом этапе решаются свои специфические задачи, используются разные способы перцептивного изучения («операторы») и соответствующие им тактики маршрута, применяются различные сочетания оперативных единиц 344
восприятия. Под .последним понимаются семантически целостные психические образования, имеющие различную «алфавитную» размерность, являющиеся носителями информации о воспринимаемых объектах (В. П. Зинченко, 1966).
На первом этапе производится «скоростной» грубый осмотр изображения; осуществляются поиск и определение центра «тяжести» фигуры и оси симметрии, если фигура симметрична, то есть происходит выбор координатной системы; выделяются области признаков, подлежащие изучению. В результате формируется предварительный схематизированный образ, обеспечивающий общее программирование последующих операций. Продолжительность (Т) первого этапа, как правило, не превышает 10% от общего времени изучения, среднее количество точек фиксации и случаев фиксации (2Мф) невелико, повторные осмотры отсутствуют, а средняя продолжительность времени фиксации (t) меньше, чем на других этапах. На первом этапе преобладают ограниченные следящие (фрагментар-но-огибающие) развертки в сочетании с экстраполяционно-зон-дирующими. Иногда они имеют хаотический характер.
На втором этапе происходит изучение и оценка признаков внутри выделенных областей с использованием интерполяционных приемов. Продолжительность этапа составляет 70% общего времени изучения, общее количество случаев фиксации примерно в 2 раза превышает число опорных фиксационных точек за счет скачков и возвратных движений через несколько тактов. Средняя продолжительность фиксации — 0,35 сек. Продолжительность изучения каждой области и количество точек фиксации внутри нее варьируют в значительных пределах. В процессе анализа выделяются некоторые центры, несущие максимум информации, и определяются «списки» (мысленные матрицы) признаков. От их структуры зависит надежность формируемых образов. Одновременно с этим происходит соотнесение признаков различных областей, устанавливаются связи между последними, осуществляется поэлементное уточнение формируемого образа. На основании экспериментов все многообразие используемых признаков при формировании образов данного класса изображений можно свести в две группы: геометрических и «логических» признаков. К первым из них относятся контурные точки, которые условно разделяются на «экстремальные», в местах наибольшей кривизны (а<90%), и «спокойного сочленения». Ко вторым относятся интерполяционные и экстраполяционные точки, а также точки симметрии, обеспечивающие расчленение фигуры или ее элементов на равные части или смысловые блоки. Эти точки не связаны непосредственно с изменением кривизны контура. На геометрические признаки здесь приходится до 68% всех используемых признаков, а на логические—32%. Последние играют координационно-свя-зывающую роль. На данном этапе преобладают следящие 345
(огибающие) развертки при общем изучении областей и интер-поляционно-зондирующие при анализе их внутренней структуры.
На последнем этапе происходит объединение отдельных элементов в целостный образ. Продолжительность этапа составляет в среднем около 20% от общего времени изучения. На данном этапе используются различные сочетания разверток. В последующих актах восприятия увеличивается степень обобщения образа.
В таблице 29 дана количественная характеристика различ-
Таблица 29
Характеристика этапов перцептивного изучения (осредненные показатели)
Этапы
Распределение точек фиксации
Распределение траекторных параметров в %
Ознакомительный 0,93 3 4 100 0 0 0,19
Детального анализа признаков 6,61 10 21 40 20 40 0,33
Синтезирования признаков 1,70 2 5 25 0 75 0,50
ных этапов перцептивного изучения изображений.
Эксперименты показали, что в случае работы со сложными, особенно с зашумленными, информационными моделями, в отличие от информационного поиска при восприятии простой «приборной» информации, с однородными элементами и фоном, длительность фиксации зависит от этапа перцептивной задачи и, видимо, от информативности стимула. Значения t были получены на большом статистическом материале. Средние значения t имеют доверительные интервалы при доверительной вероятности 0,99:0,15<ti<0,23 сек; 0,32<t2<0,40 сек; 0,41 <ts<0,59 сек. Статистическая проверка показала, что различия tcp на разных этапах решения являются статистически значимыми (при уровне значимости q=l%).
В процессе выполнения перцептивной задачи изменяется алфавит оперативных единиц восприятия, используемых для описания образа. Как правило, наблюдатели пользуются целостными признаками различной степени сложности, соответствующими отдельным частям изображения. При их детальном анализе, возможно, происходит внутреннее фрагментарное «считы-346
ванне» элементарных признаков. Важно подчеркнуть, что в процессе решения одной перцептивной задачи может быть использован набор перцептивных единиц восприятия.
Как видно, процесс перцептивного изучения фотоизображений объектов, недостаточно известных в прежнем опыте, имеет развернутый поисковый характер, в той или иной мере включает опознавательные компоненты, заимствованные из прошлого опыта, и уподобляется контуру лишь на отдельных участках, фрагментарно. Для перцептивных действий характерны большая подвижность процесса, при сохранении общей стратегии: квантование отдельных операций, в значительной мере подсознательное, при отсутствии резких граней между ними.
Результаты второй серии экспериментов показали, что процесс опознания фотоизображений ПО носит совсем иной характер. Этот процесс свернут, не имеет четко выделенных этапов, опирается на другие способы осмотра и оперативные единицы восприятия. Для опознания характерно резкое сокращение процесса перебора признаков при сохранении определенного набора ознакомительных компонентов. Во внешнем плане минимизация сводится к непосредственному «выходу» на ось симметрии или к центру фигуры, к исключению ряда областей из анализа, к более упорядоченному осмотру оставшихся областей, к использованию ограниченного числа точек фиксации и резкому сокращению возвратов. Этот процесс непосредственно связан с процедурой предсказания. Во внутреннем плане минимизация сводится к использованию иных комбинаций признаков за счет их выпадения, укрупнения и последующего семантического кодирования. Причем переориентация связана с повышением удельного веса используемых логических признаков (до 45%). Видимо, последние обеспечивают упорядочение чисто перцептивных элементов, их ранжирование, выстраивание в очередь и предсказание. Корреляция между конкретными признаками, используемыми при решении аналогичных перцептивных и опознавательных задач, с учетом их весов, пропорциональных числу фиксаций, одними и теми же наблюдателями невелика и носит отрицательный характер, что связано с несовпадением признаков с большими весовыми характеристиками. Очевидно, информационные центры, закрепленные в прошлом опыте, осматриваются очень бегло, а основное внимание направлено на анализ смысловых элементов, съем дополнительной информации и исследование «сомнительных» мест. Одновременно идет процесс сокращения перебора гипотез. Естественно, что опознавательные действия реализуются в других временных режимах.
В таблице 30 дана количественная сравнительная характеристика процессов перцептивного изучения и опознания на уровне конечного множества (определения типа объекта).
347
Процесс опознания находится в зависимости от поставленной задачи. Последняя определяет уровень опознания. В эксперименте опознание объектов ВВС условно производилось на
Таблица 30
Сравнительная характеристика процессов перцептивного изучения и опознания (осредненные показатели)
Характеристика процесса Продолжительность решения задачи (Т), сек Количество точек фиксации Распределение траекторных параметров, в %
N, Ф ф поступательные движения обратные движе- ния возвратные движения
9,24
3,00
42
50
16
25
42
25
15
6
29
10
Перцептивное изучение Опознание
уровне класса, подкласса и типа. Переход от класса к типу сопровождается увеличением продолжительности опознания в среднем в 1,6 раза (с 2,1 до 3,5 сек.), количества случаев фиксации на 40%, количества обратных скачков и возвратных движений на 10%. Все это говорит об активизации опознавательной деятельности (рис. 57).
Частный эксперимент по опознанию групповых «композиций» ПО (из 2, 3, 4 и 5 объектов) показал, что в этом случае процесс более развернут и включает большое количество перцептивных компонентов. Наблюдается определенная этап-ность с выделением ознакомительного этапа, этапа анализа отдельных объектов и заключительной оценки композиции. Механизм опознавательных действий во многом зависит от числа стимулов в поле зрения, их содержания и степени близости. С увеличением количества стимулов продолжительность опознания, количество и число случаев фиксации увеличиваются по определенному закону. Интересны факты обратного влияния структуры на опознание отдельных объектов. С увеличением количества объектов в композиции от 1 до 5 продолжительность времени уменьшается в среднем с 3,5 до 1,6 сек. на объект, количество точек фиксации —с 6 до 3. По степени близости наибольшую трудность для дифференцировки в процессе опознания представляют как очень «далекие», так и очень «близкие» объекты.
Относительная изоморфность «рисунков» маршрутов при опознании различных объектов одними и теми же наблюдателями дает возможность сделать предположение о большей стабильности этого процесса. Вероятно, по мере приобретения сенсорного опыта вырабатываются индивидуальные алгоритмы опознания. В затрудненных условиях восприятия, при 348
опознании малознакомых объектов опознавател ь н ы й процесс приобретает четко выраженный эвристический характер.
Результаты третьей серии экспериментов показали, что поиск заданных объектов на «пестром» фоне представляет собой сложный эвристический процесс. В основе поиска лежит структурный анализ аэрофотоизобр а ж е-ния. Поиск СО и ПО осуществляется в несколько этапов, причем каждый поиск связан с поисками более низкого порядка не только прямыми, но и обратными связями. В процессе поиска реализуется ряд операций.
Так, поиск СО в пределах кадра или фотосхемы включает: структурный анализ аэрофотоизображения, «выход» на СО через систему «наводящих» ориентиров, обнаружение и опознание СО. Поиск зон ПО включает структурный анализ СО, выявление зон возможного расположения ПО, опознание этих зон. Поиск заданных ПО включает анализ зон ПО, ^выявление ПО в них,
о Перцептивное изучение
3
I
в Опознание на уровне „класса“
Рис. 57. Зависимость тактики маршрута от уровня опознания
349
определение класса и типа ПО. Процедура разбиения пространства поиска на «субкадры» зависит от стоящей задачи, вида поиска и величины объекта поиска. Поиск и наведение на цель идет адаптивно-дедуктивным путем; в основе опознания лежат абдуктивные решения (Л. Фогель, 1964). Как видно, в процессе дешифрирования происходит непрерывное взаимодействие поисковых и опознавательных операций различного уровня и направленности.
Такова схема. Фактическая процедура поиска в процессе реального дешифрирования носит более сложный характер, >включает большое количество поисковых этапов и подэтапов, характеризуется значительной неравномерностью как в пространстве, так и во времени. Наиболее подозрительные места анализируются в несколько тактов, с использованием большого количества точек и случаев фиксации, обратных скачков и возвратных движений. По-видимому, в основе поиска лежат очень сложные закономерности, связанные с динамическим программированием процесса.
По результатам наблюдений (с хронометражем) в войсках до 25% общего времени тратится на поисковый просмотр аэроснимков крупного и среднего мастшаба, в целях нахождения заданных объектов. Продолжительность времени на поиск находится в зависимости от степени априорной информации на изучаемый район. При отсутствии таковой время на поиск может возрастать до 45%. Остальное время идет на детальный анализ СО и ПО. Интересны данные о том, что количество правильных определений объектов на аэроснимке увеличивается пропорционально нарастанию логарифма времени наблюдения (R. Sadacca, 1963). Такие же данные имеются и при поиске цели на экране РЛС. Другие материалы говорят о том, что при низких разрешениях дополнительное время наблюдения не улучшает результат, а может лишь привести к закреплению ошибочной гипотезы ( М. Potter, 1966).
Стратегия поиска объектов в процессе дешифрирования имеет разный характер в зависимости от стоящей задачи, содержания дешифрируемых объектов, этапа поиска и навыков оператора-дешифровщика. В частности, на этапе анализа СО и поиска ПО намечаются варианты хаотического, собственно избирательного поиска и поиска через смысловой анализ.
Для хаотического, бессистемного поиска характерны зависимость его динамики от физической силы воспринимаемых стимулов, отсутствие плановости в работе и низкая степень обобщения. На рис. 58 представлены результаты работы по дешифрированию оборонительного района на аэроснимке крупного масштаба дешифровщиком низкой квалификации при использовании им хаотического поиска Работа отличается низ-
1 В этой серии экспериментов не использовалась кинорегпстрация движения глаз дешифровщиков.
350
Рис. 58. Хаотический поиск. Цифрами указана последовательность дешифрирования
351
кими (результатами дешифрирования; .вероятность опознания тактических объектов порядка Р = 0,2.
Избирательное дешифрирование опирается на ассоциации по смежности или сходству. Собственно избирательному поиску присуща определенная последовательность в дешифрировании: а) путем движения по намеченным поисковым направлениям, на основе использования внутренних эталонов и сравнительного анализа воспринимаемых объектов (параллельное опознание объектов); б) путем классификации воспринимаемого множества объектов на родственные подмножества, на основе использования внешних эталонов (на самом аэроснимке) и сравнительного анализа (последовательное опознание объектов). На рисунках 59 и 60 приведены результаты работы дешифровщиков средней квалификации при использовании ими обоих вариантов избирательного поиска. Работы отличаются более высокими результатами: в первом случае Р = 0,50, во втором Р = 0,51.
Поиск через смысловой анализ опирается на причинно-следственные ассоциации, корреляционные взаимосвязи между элементами обстановки. Для этого поиска характерно создание предварительного оперативно-тактического суждения о содержании изучаемой обстановки. Здесь идет непрерывное квантование боевого порядка на более мелкие группировки. В этом случае изменяется характер сравнительного анализа. Объекты сравниваются между собой не только по своим прямым признакам, но и в части тактического и огневого взаимодействия. Для смыслового анализа в целом свойственны априорное моделирование процесса, логическая последовательность в дешифрировании, высокая степень обобщения, использование прогнозических решений. Смысловой анализ может быть разного уровня по своему объему и глубине, вплоть до определения состояния и замысла противника. Здесь преобладают следящие (огибающие) и интерполяционно-зондирующие развертки. На рис. 61 представлена работа опытного дешифровщика, выполненная по способу смыслового анализа. Подробно изучив характер местности и общую систему траншей, заграждений, путей подхода и скрытых подступов, он установил неравномерность скопления огневых точек на первой траншее и эшелонирование обороны в глубину. На основании такого изучения, а также определения фронта обороны им был сделан вывод о боевом порядке района обороны. Опознание отдельных тактических объектов осуществлялось путем анализа внутренней структуры тактических очагов. Работа отличается высокими результатами, Р = 0,7. Продолжительность дешифрирования при переходе от хаотического к смысловому поиску сокращается в 2—2,5 раза.
При военном дешифрировании используется иерархическая система поисково-опознавательных комплексных, косвен-.352
ных и прямых признаков. При этом элементы более низких порядков образуют целостные структуры более высоких порядков. Многие военные объекты (позиции ракетных войск, объекты ПВО, объекты военно-морских баз, инженерно-оборонительные сооружения и заграждения, военно-промышленные
Рис. 59. Поиск по «поисковым» направлениям
23 Военная инженерная психология
353
предприятия и др.) относятся к так называемым ситуационным объектам, поиск и опознание которых носят характер умозаключительного акта и опираются на использование системы комплексных и косвенных признаков. Здесь задача приобретает типичный индикаторный характер с использованием
Р и с. 60. Выборочный поиск
354
структурно-логического принципа анализа причинно-следственных связей между объектами дешифрирования и их индикаторами.
Динамику этого процесса характеризуют действия и рассуждения одного из операторов при дешифрировании им участка обороны, расположенного в пойме реки, и поиске в обороне системы заграждений. Дешифрирование производилось по аэроснимкам масштаба 1 : 10 000. Поиск начался с изучения
Рис. 61. Смысловой тактический анализ
23*
355
переднего края и впереди лежащей местности. Вскоре дешифровщик обнаружил в пойме ряды полос со своеобразными разворотами и правильно установил, что это следы деятельности гусеничных машин. Но какие это машины—сельскохозяйственные или боевые? Для выбора одной из двух выдвинутых гипотез был выполнен структурный анализ обнаруженных рядов. Было выявлено, что ряды состоят из параллельных полос, расположенных на расстоянии 15—30 м друг от друга, и образованы из нескольких линий разной толщины. Этот структурный анализ позволил сделать вывод о следах установщика мин и, следовательно, о наличии минного поля. Но не является ли оно ложным? Более детальный анализ, с использованием луп большой кратности, позволил выявить наличие отдельных мин по округлой форме пятен светлого тона, чередующихся через 4—6 м. Опытному дешифровщику удалось опознать противотанковые мины с большой вероятностью и выявить незаполненные участки. Так было опознано минное поле.
Приведем более сложный пример оперативно-тактического анализа одним из офицеров при дешифрировании системы аэроснимков среднего масштаба. В результате предварительного дешифрирования была оценена местность как полузакрытая, с большим количеством отдельных лесных массивов, с развитой дорожной сетью. Затем дешифровщик перешел к анализу участка с наиболее интенсивным движением. Здесь был выявлен подъездной путь, идущий от основной дорожной магистрали, а затем опознаны площадки в лесу. Возникли две гипотезы: вырубка леса или огневые позиции. Анализ участка с оценкой количества площадок, их размеров, взаимного расположения позволил сделать вывод в пользу огневых позиций. Далее решался вопрос: что это за огневые позиции? Возникла гипотеза: позиции дальнобойной артиллерии. Детальный анализ площадок позволил сделать предположение, что одна из них по своим значительным размерам напоминает техническую позицию, характерную для тактических ракет. Старая гипотеза сменилась новой. Выявленное наличие техники, автомашин вблизи площадки подтвердило это предположение. После определения боевого порядка была опознана и сама ракета на одном из стартов. Следовательно, здесь ракетные огневые позиции. Однако возник новый вопрос: какие это ракеты? Дешифровщик обратился к данным исходной оперативно-тактической обстановки. Судя по обстановке, огневые позиции удалены от переднего края на несколько десятков километров. Был сделан окончательный вывод в польз}' дивизиона НУРС.
Так идет этот внутренне противоречивый, диалектический процесс поиска, в котором дедуктивные операции сочетаются с индуктивными. На основе первичного анализа выдвигается гипотеза о содержании дешифрируемой ситуации, затем проис-356
ходит проверка выдвинутой гипотезы. Дешифровщик от синтеза переходит к дополнительным аналитическим операциям. Идет интенсивный анализ через синтез. Как было показано, в результате дополнительного анализа одни гипотезы отбрасываются, другие подтверждаются, третьи уточняются.
Из приведенных примеров видна роль комплексных и косвенных признаков при оперативно-тактическом дешифрировании. Значение косвенных признаков при дешифрировании ситуационных военных объектов подтверждается специальными экспериментами по искусственному выключению системы (на разных уровнях) при опознании этих объектов. Как показали опыты, при опознании изолированных объектов результаты в 1,5—2 раза ниже опознания этих же объектов, находящихся в системе. Кроме того, роль косвенных признаков подтверждается тем, что переход от ошибочных определений к правильным и быстрым сопровождается неуклонным повышением относительного количества используемых косвенных признаков (в 3—4 раза).
Различная степень влияния системы, объединяющей объекты, на их опознание зависит от характера, количества и силы взаимосвязей внутри этой системы. Для выяснения зависимости опознавательного процесса от характера используемых взаимосвязей был поставлен следующий эксперимент. Одну из групп дешифровщиков разделили на три равные части. Первой группе предложили опознать изолированную огневую позицию зенитного орудия (I), второй — опознать эту же ОП в системе зенитной батареи с ограниченным фоном (II), третьей— опознать ее при изучении ситуации в пределах всего аэроснимка (III). Вероятности опознания по группам оказались соответственно равными 0,16; 0,38; 0,88. Значительное повышение эффективности дешифрирования в третьей группе связано с тем, что здесь используются не только внутренние взаимосвязи, но и внешние оперативно-тактические и топографические связи причинно-следственного характера (расположение батареи вблизи охраняемых аэродрома и железнодорожной станции).
Дешифровочный процесс очень подвижен, заметно перестраивается с изменением условий кодирования аэрофотосъе-мочной информации. В частности, динамика использования дешифровочных признаков изменяется с уменьшением масштаба аэрофотоизображения. Полученные экспериментальные материалы показали, что увеличение относительного количества используемых косвенных признаков находится в линейной зависимости от уменьшения масштаба аэроснимка (в диапазоне крупных и средних масштабов).
Исследование военно-дешифровочной деятельности в развитии позволило выявить природу дешифровочного мастерст-357
ва, опирающегося на систему высокоразвитых знаний и умений, а также профессионально-важных психофизиологических и психологических качеств. Структура общего дешифровочного умения включает: сенсорные, опознавательные, измерительные (стереоизмерительные) навыки; а также ряд частных умений, связанных с планированием дешифровочных операций, поиском объектов, структурным анализом ситуации и т. д.
На основании экспериментов, проведенных с операторами разной квалификации, установлена этапность формирования общего дешифровочного умения и его элементов. Могут быть выделены следующие ступени формирования общего дешифровочного умения: а) нерасчлененного восприятия; б) развернутых перцептивных действий; в) развернутых логических действий; г) профессионального мастерства. Переход от низших ступеней к профессиональному мастерству сопровождается углублением общих и специальных дешифровочных знаний; ростом автоматизации дешифровочных навыков; усилением эвристических компонентов частных дешифровочных умений; становлением индикационно-диагностических и прогностических операций. При этом повышается вероятность опознания объектов более чем в 2 раза, значительно сокращается средняя продолжительность их опознания и повышается качество дешифрирования. Надежность и эффективность работы операторов-дешифровщиков в условиях дефицита информации и времени, в стрессовых условиях боевой обстановки во многом зависит от их высоких идеологических и морально-боевых качеств. Важное значение здесь имеют такие качества, как наблюдательность, настойчивость и упорство, самостоятельность, самокритичность, оперативность, чувство ответственности.
Исходя из психологического анализа процесса военного дешифрирования и природы общего дешифровочного умения, к основным задачам в области методики обучения дешифрированию следует отнести: а) поэтапное формирование дешифровочных навыков и умений с последующей их интеграцией; б) специальное обучение высшим, смысловым формам дешифрирования; в) построение методических систем для разных уровней дешифровочного умения, объединяющих различные способы, приемы и средства обучения в рациональной последовательности; г) развитие необходимых профессиональноважных психофизиологических качеств у операторов-дешифровщиков. Главной методической задачей в области военного дешифрирования является организация специального, «управляемого» обучения личного состава смысловому оперативнотактическому анализу и оценке информационных моделей и их комплексов.
Рассмотренные выше психологические особенности деятельности операторов-дешифровщиков определяют пути прс-358
фессионального отбора и тренировки операторов, а также научной организации их труда, включая обеспечение нормальных условий обитаемости. Однако эти вопросы выходят за рамки данной статьи.
Инженерно-психологический анализ возможностей автоматизации дешифровочного процесса
В настоящее время процесс военного дешифрирования носит субъективный характер лишь с частичным использованием измерительных, инструментальных способов — фотограмметрических и фотометрических. Для повышения достоверности и скорости получения аэрофото1,разведывательной информации необходимо более широкое внедрение в практику дешифрирования объективных методов, в том числе автоматизации операций дешифрирования. Последнее имеет большое практическое значение, ибо, например, по данным американской печати, дешифрирование аэроснимков, полученных за один час работы разведывательного спутника «Самос», требует десятков тысяч человеко-часов работы.
Однако автоматизация дешифрирования аэроснимков — дело очень сложное. Трудности автоматизации связаны с высокой информационной емкостью аэрофотоизображения, его нестабильностью, отсутствием в настоящее время полной стандартизации условий аэрофотосъемки, с недостаточной изученностью корреляционных зависимостей между элементами природной и оперативно-тактической обстановки, в том числе и в статистическом отношении, с формализацией качественных дешифровочных признаков и, конечно, с ярко выраженной эвристической природой дешифровочной деятельности1.
Созданные за рубежом автоматические опознающие перцептивные устройства типа «Магк I» и «СопПех I» обеспечивают выделение на аэрофотоизображении лишь простых объектов с точно очерченными параметрами.
Как вытекает из выполненного в данной работе психологического анализа, в настоящее время для обработки аэрофото-разведывательной информации целесообразно использование автоматизированных систем «человек — машина» для выполнения простых дешифровочных операций сенсорного характера, поддающихся формализованному описанию, в первую очередь для сортировки кадров на «полезные» и «пустые», поиска, опознания и определения координат заданного класса
1 См. В. Ф. Рубахин. Психологический анализ возможностей автоматизации дешифровочного процесса. «Проблемы инженерной психологии», вып. 4, Л., 1966.
359
ПО в указанном районе. В последнем случае «наведение» на цель осуществляется дешифровщиком. В дальнейшем область автоматического дешифрирования может быть расширена, вплоть до поиска, опознания и анализа СО, определения их состояния и обработки полученных данных на специализированных ИЛМ.
На наш взгляд, при разработке опознающих устройств и методов автоматизации опознания образов следует в большой степени учитывать закономерности восприятия человека. В настоящее время программы автоматического опознания опираются либо на полный перебор элементов изображения, либо на абсолютное описание образов, что весьма снижает их эффективность. Использование психофизиологических принципов способствовало бы дальнейшему повышению надежности, точности и быстродействия опознающих автоматов.
Экспериментальные данные говорят о возможности технического моделирования некоторых психофизиологических процессов (см. ч. 2) . Применительно к дешифрированию, наибольший интерес представляют использование .психофизиологических закономерностей при создании входных устройств типа электронных моделей зрительного анализатора и .разработка рациональных машинных программ эвристического характера. Последние должны обеспечивать учет качественной и количественной предынформации, иметь иерархическую структуру с подразделениями на частные алгоритмы различного характера, включать упреждающую стратегию затрубленного поиска объектов, обеспечивать сочетание анализа и синтеза при переходе от одного уровня дешифрирования к другому с использованием переменного алфавита признаков и т. д. Только использование эвристических способов работы по многим программам и «языковых» описаний может дать возможность перейти от длительной процедуры опознания отдельных объектов к решению всего ансамбля военных дешифровочных задач в ограниченные сроки. Все это не исключает возможности использования для дешифрирования корреляционно-статистических, перцептронных и топологических методов автоматического опознания.
Существует и другой путь повышения эффективности дешифрирования. Речь идет о специализированном информационном сопряжении оператора-дешифровщика с ЭВМ, при котором человек обеспечивает выделение информации из визуального сообщения и ее первичную обработку, а машина, работая по заданному алгоритму, выполняет операцию статистической экстраполяции к эталонам с учетом физических условий формирования аэрофотосъемочных информационных моделей (В. Ф. Рубахин, Ю. И. Фейгин, 1968).
Проблема повышения эффективности военного дешифрирования, в том числе автоматизация дешифровочного процес-360
са, может и должна быть решена совместными усилиям» специалистов в области технической разведки, кибернетики, автоматики, физиологии и психологии.
3. ПСИХОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ОПЕРАТОРА РЛС
Особенности работы оператора радиолокационной станции (РЛС) определяются рядом объективных факторов: своеобразием конструкции РЛС и ее управления, спецификой решаемых задач, окружающими условиями (физическими и социальными) .
Для психологической характеристики данной деятельности существенное значение имеет тот факт, что оператор РЛС управляет не переключателями, кнопками и приборами, а станцией. Функции же ее заключаются в выработке, излучении, приеме, переработке и выдаче на индикаторы или устройства съема электрических сигналов определенной частоты и длительности, несущих информацию. Установление оптимального режима работы в конкретной обстановке при решении данных задач, контроль за их исполнением составляют основу управления РЛС. Успех управления этой системой в решающей степени зависит от того, насколько глубоко оператор понимает сущность работы техники и верно оценивает боевую обстановку.
Познание же сущности электрических, магнитных, электронных процессов ввиду их сложности, быстротечности и мно-гообусловленности не может быть обеспечено на уровне непосредственного восприятия. Правильное отражение устройства и работы РЛС оператором требует активного участия воображения (репродуктивного и творческого) и мышления. В процессе работы с техникой у оператора складывается специфическая система психических образований и формируется определенный тип профессионального техническою мышления. Установлено, что успешность действий оператора РЛС находится в прямой зависимости от степени овладения этими качествами.
В частности, это может быть подтверждено данными, полученными при изучении взаимосвязи между полнотой и точностью речевых отчетов, с одной стороны, и успешностью действий по обслуживанию станции—с другой (рис. 62).
Сложный состав психологических процессов, включенных во «внутреннюю» схему действий оператора РЛС, определяет богатство их содержания.
Навыки управления РЛС характеризуются неразрывно связанными друг с другом психологическими и физиологическими процессами при ведущей роли первых. Упор на форми-361
рование необходимых психологических процессов при обучении молодых операторов повышает продуктивность обучения в 3 раза. Отмечено также образование двух видов операций—; предпрограммированных, алгоритмических (стандартные последовательности операций при подготовке, включении, выключении РЛС) и топологических, матричных (набор, заготовка операций внутри логической структуры, действия при обслуживании РЛС в работе, при исправлении неполадок).
Психологические особенности действий по управлению РЛС определяются также конструкцией и размещением органов управления. Соответствующие рекомендации инженерной психологии не полностью еще учтены в действующих типах РЛС. Не до конца решены проблемы удобства размещения большого количества однообразных по виду тумблеров, переключателей, кнопок, шильдиков.
Будучи объективно детерминированным, психологическое содержание действий зависит и от субъективных факторов. Различия в понимании техники, задач, обстановки ведут к тому, что психологическое содержание различается даже тогда, когда действия разных операторов внешне в ряде случаев одинаковы. У одних психологическую основу действий могут сос-
Р и с. 62. Взаимосвязь речевого отчета операторов РЛС и их действий по подготовке, включению и выключению станции
362
тавлять преимущественно визуальные, «внешние» опоры (представления сенсорного и моторного полей, пространственная организация движений); у других—-преимущественно мысленные, «внутренние» (знания о технологических схемах работы РЛС, понимание обстановки, представление зоны обнаружения, углов закрытия и т. п.). Наилучшим вариантом является такой, при котором имеет место сочетание обоих типов. В этом случае обеспечивается гибкое и правильное выполнение действий в широком диапазоне изменяющихся условий, с которыми сталкивается воин-оператор.
Надежность действий оператора зависит от его психологической готовности осознанно выполнять операции. Как показали эксперименты, в обстановке большой психической напряженности операторы, действия которых были богато опосредствованы, работали почти как в обычных условиях, а операторы, преимущественно механически заучившие действия, совершили в 5—6 раз больше ошибок, чем обычно.
Психологическое содержание действий во многом еще зависит от особенностей подготовки оператора, от того, какое место в ней отводится теоретической подготовке, какие знания привлекаются при формировании действий и т. п.
Важную роль в деятельности оператора, а следовательно, и в психологической характеристике ее играет восприятие радиолокационного изображения. Можно назвать шесть типов задач, решаемых оператором в процессе восприятия:
1) немедленное обнаружение появляющихся сигналов или сигнальных признаков, несущих информацию о целях и обстановке;
2) правильное, полное и быстрое декодирование световых сигналов на экране и выдача их полных характеристик (мест-ник, цель, «свой» или «чужой», такая-то цель, состав цели и т. п.);
3) быстрое и правильное определение координат целей;
4) решение задач по проводке целей, обеспечению наведения и посадки самолетов, использованию оружия и т. п.;
5) контроль за исправной и эффективной работой техники;
6) выбор оптимального режима работы РЛС на основе оценки обстановки и наблюдения радиолокационного изображения.
Проведенный хронометраж показал, что работа по решению этих задач занимает у оператора до 97—98% от общего времени. Результаты хронометража приведены на рис. 63.
Психологические особенности восприятия радиолокационного экрана обстоятельно исследовались как в Советском Союзе, так и за рубежом. Были раскрыты многие психологические особенности этого восприятия: зависимость от объективных свойств отметок, фона, места на экране, цветности, освещения и т. п. Благодаря проведенным исследованиям улучшена кон-
363
струкция экранов, созданы более благоприятные условия ддЯ работы с ними.
Надо отметить все же, что акцент делался не на изучение целостного восприятия радиолокационного изображения, а над восприятие отдельных сигналов, обладающих теми или иными свойствами. По существу, исследовалась не система «экран— оператор», а ограниченные психофизиологические отношения^ в системе «радиолокационные световые отметки — глаз». Осо-4 бенности восприятия как функции, опосредствованной други-j ми процессами и свойствами психики и включенной в деятельность оператора, нередко оставались вне поля зрения исследователей.
Психологическая характеристика будет неполной, если игнорируется тот факт, что операции обнаружения, опознания, прослеживания являются для оператора задачами деятельности, решая которые он утверждает себя в окружающей действительности как личность, как советский воин, выполняющий задачи по защите социалистического Отечества.
вь'дача
При наблюдении за обстановкой, проводке иелей и обеспечении, наведение, истребителей
При обеспечении полетов своих самолетов в зоне аэродрома
Рис. 63. Распределение затрат времени оператора РЛС во время дежурства
Вот почему психологические особенности работы оператора с экраном не сводятся к рецепции, а включают многие психические процессы, свойства и качества личности оператора.
Экран РЛС создает психологически своеобразные условия понимания реальной обстановки. В световом радиолокационном изображении реальные объекты и их отношения выражены не в той форме, в которой они существуют в действитель-364
ности. Окружающий мир представлен в специфических отражательных свойствах, в виде радиолокационного изображения. Реальные объекты и отношения закодированы в нем. Понимание реальной обстановки требует декодирования воспринятых сигналов.
Пока изображение на экране представляется оператору как набор световых пятен, его возможности по осмысливанию информации остаются весьма ограниченными. Но когда элементы изображения становятся для него значимыми объектами и отношениями реальной обстановки, окружающей среды, вся его работа существенно меняется. Теперь в нее включаются все возможности психики оператора. «Человек не теряет самого себя в своём предмете, — писал К. Маркс, — лишь в том случае, если этот предмет становится для него человеческим предметом, или опредмеченным человеком»1.
Исследования и опыт показывают, что возможности воина-оператора раскрываются в меру его способности видеть в оптическом изображении на экране реальную обстановку, события в их значении для деятельности и (решаемых задач. Овладение мастерством протекает у оператора за счет деятельной способности функционально замещать непосредственно воспринимаемое световое изображение образом — моделью реальной обстановки.
Характер соответствия элементов изображения и обстановки различен. Ряд элементов изображения связан с нею линейной функцией: количество объектов с соответствующими отражательными свойствами, их расстояния до станции, направление на них, горизонтальная и вертикальная составляющие их скорости и направления перемещения. В этих случаях обратный переход, восстановление реальности требует использования несложных правил. Другие элементы связаны нелинейными отношениями (форма объектов, размеры, их точное количество при близком расположении друг к другу, физическая природа). Обратный переход здесь сложнее.
Поскольку характер соответствия элементов оригинала и модели зависит не только от источника отражения, но и от материального носителя отражения — экрана, а также от условий взаимодействия, постольку свойства окружающей обстановки выступают в радиолокационном изображении в виде суммарного, нерасчлененного продукта взаимодействия. Поэтому понимание оператором, наблюдающим радиолокационное изображение, реальных отношений происходит на основе выделения того, что характеризует реальные отношения и исключения, элиминирования того, что «привнесено» особенностями материального носителя радиолокационного изображения и
1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Из ранних произведений. Госполитиз-дат, 1956, стр. 593.
365
условиями взаимодействия. Операции выделения и исключен ния осуществляет не техническое устройство, а оператор.
Операции выделения, исключения, декодирования не ограничиваются рамками чувственного анализа — синтеза, как это иногда представляется ’.
Опознание, декодирование всегда так или иначе связаны со словом. Через слово чувственно данное явление вступает в новую систему связей и отношений и раскрывается в новых свойствах. При этом возможности человеческой психики раскрываются более полно. Активная реализация этих возможностей повышает успешность работы оператора.
Дело не просто в том, что какая-то отметка, импульс с определенной совокупностью признаков (форма, яркость, пульсация, размер) связываются у оператора с образом объекта и словом. Мысленные связи не замыкаются в рамках таких «диполей» (отметка — образ, слово). У опытных операторов «диполи» не изолированы друг от друга, а систематизированы по определенному «ранжиру» в «мысленные шкалы» определенного диапазона с плавным изменением какого-то признака.
Специальные эксперименты показали высокую эффективность обучения молодых специалистов с помощью фотоальбомов, составленных строго для каждого типа станции. Снимки и зарисовки целей располагались в них сериями по 5—15 штук. Каждая серия демонстрировала изменение вида отметки под влиянием какого-то одного фактора (числа целей, удаленности, высоты, типа, скорости, маневра и т. п.). Обучаемые сопоставляли данные, анализировали их, делали заключения, выводы.
Роль слова и мыслительных компонентов резко выявляется и в работе оператора по обнаружению целей в зоне отражений от местных предметов. Эта зона на некоторых типах РЛС состоит из сотен отметок. Чтобы обнаружить новую цель среди них, надо быть уверенным, что в данной точке ранее никакой отметки не было. Но картина зоны отражений непостоянна. Влияют погода, время суток, время года, наклон антенны, мощность излучения и т. п. Зрительно помнить все невозможно. Поэтому у опытных операторов зрительная картина местников как бы «прошита» по всем направлениям мысленными связями. Вот пример их. «Я заметил, что к вечеру, когда становится прохладнее, виден обрывистый правый берег реки, что в 80 километрах от нас. При сильных испарениях, поднимающихся над рекой, видна и она сама от азимута 240 до азимута 246. Отчего, не знаю, но всегда при этом появляется маленькая засветка вот здесь» (оператор А).
1 См. Т. Н. Ушакова. Условия предъявлений информации на панелях сигнализации и управления. «Вопросы психологии», 1963, № 1, стр. 159. 366
Диалектика восприятия такова, что оператор «идет» от нерасчлененного восприятия к анализу компонентов, раскрытию содержания по частям. Затем осуществляется восстановление целого на новой основе, восприятие светового изображения и мысленное манипулирование с его элементами уже как с заместителями реальных объектов и действительной обстановки в целом.
Таким образом, многостороннее и полное отражение реальности, элементов радиолокационного изображения сочетается с решением задач упорядочения и объединения их в стройный и целостный образ реальной обстановки. Опытные операторы пользуются при этом своеобразными приемами структурирования (значение их в «оперативном мышлении» показали Д. Н. Завалишина и В. Н. Пушкин)'.
В процессе решения задач структурирование проявляется прежде всего в образовании более крупных единиц действия на основе связывания элементов ситуации между собой. Основой структурирования, его внутренним содержанием является установление связей между элементами.
Так, оператор может выделить «группу бомбардировщиков, идущих с северо-запада», «цель и перехватчик» (или несколько перехватчиков), «группу целей внизу экрана», «маловысотные цели», «полеты в зоне», «трассовые», «тихоходы», «малоразмерные цели» и т. п. После такой группировки обстановка представляется оператору не раздробленной, а систематизированной и состоящей из более крупных единиц, что облегчает дальнейшее ее понимание и последующий контроль за изменениями в ней.
Для мыслительной деятельности оператора характерно,, что она протекает при остром дефиците времени и должна соответствовать темпу изменения обстановки. Отставание увеличивает количество необработанной информации, ее утечку,, неопределенность. Ошибки и отказы происходят и в тех случаях, когда нормальный ход мышления нарушается сильными переживаниями, напряженностью, раздражением, отвлечением от работы, пусть даже коротким. Поскольку боевая или очень сложная обстановка всегда является мощным источником эмоциональной напряженности, мыслительная деятель:-, ность протекает в особо трудных условиях.
Овладение операциями функционального замещения радиолокационного изображения мысленным образом реальности, операциями структурирования, способностью понимать, обстановку и разбираться в ней связано с развитием у оператора оперативного мышления. Способность осуществлять его-в условиях большой нервно-психической напряженности ц
1 См. Д. Н. Зава л пшина и В. Н. П у ш к и н. О механизмах оперативного мышления. «Вопросы психологии», 1964, № 3, стр. 87—88.
3G7
эмоционального боевого возбуждения — важнейшая психологическая особенность работы воина-оператора с экраном>. Ранние отказы в работе по мере усложнения обстановки наступают не ввиду достижения какого-то предела памяти, внимательности, скорости и т. п., а потому, что нарушается способность включать происходящее на экране в связь с объективным миром, ориентироваться в пространственных и временных отношениях радиолокационного изображения (т. е. оператор перестает разбираться в обстановке).
Не случайно ставится вопрос и предпринимаются шаги по созданию трехмерного индикатора, представляющего возможность как бы непосредственно воспринимать окружающую обстановку.
Не менее важное значение имеет функция памяти и внимания оператора при работе с экраном. Основная особенность проявления памяти в работе оператора с экраном вызвана необходимостью непрерывно запоминать какой-то объем текущей информации с тем, чтобы осуществить через некоторое время (на последующих циклах развертки и прослеживания) ряд операций, после выполнения которых соответствующие сведения могут быть стерты в памяти, а другие сообщения восприняты. Причем запоминать нужно на очень короткое время (от секунд до нескольких минут), но быстро, точно, полно и постоянно, в ходе всей работы. Это — типичные условия для проявления оперативной памяти. Этот вид памяти в последние годы активно исследуется психологами.
Практика показывает, что операторы РЛС при выполнении одинаковой по целям, содержанию и трудности работы показывают сильно различающуюся способность к оперативному запоминанию. Было бы неверно объяснять это только общими свойствами памяти. Специальная проверка 186 специалистов показала, что различие общих свойств памяти лучших и худших, молодых и опытных в среднем не превышает 20%. Оно не соответствует действительному диапазону различий, наблюдаемых при фактической работе (в 4—6 раз). Кроме того, один и тот же оператор в начале обучения путает номера уже при нескольких целях на экране, а через определенный срок проводит без ошибок вдвое больше целей. Вряд ли это связано с изменением общих свойств памяти. Любопытно и то, что при практической работе некоторые операторы сохраняют в кратковременной памяти сведения о 20 и более целях, то есть гораздо больше, чем обычно указывается в литературе.
Действительные различия и причины улучшения оператив-
1 См. А. М. Столяренко. Психологические особенности формирования мастерства оператора радиолокационной станции. Труды ВПА им. В. И. Ленина, вып. 52, 1965.
368
ной памяти у оператора при овладении специальностью связаны, вероятнее всего, с двумя главными факторами.
Во-первых, известно, что человек не все запоминает одинаково. Прочность «следа», сохраняющегося в коре головного мозга, зависит от психологической значимости сигнала. Внешний агент приобретает «психологическую силу», лишь включаясь в связи, отражающие объективный мир, приобретая смысл, связываясь с отношением, чувством. Поэтому степень ясности, глубины и правильности понимания обстановки оператором при восприятии, радиолокационного изображения определяет легкость, полноту и прочность запоминания необходимых данных. Кроме того, сказывается изменение интересов, мотивов, потребностей, убеждений, происходящих у оператора по мере овладения специальностью.
Во-вторых, продуктивность памяти зависит от способов запоминания, сохранения и воспроизведения материала. Исследования особенностей памяти операторов представляет теоретический и практический интерес с точки зрения все большего приближения к раскрытию закономерностей реального функционирования памяти в различных видах деятельности, успешное выполнение которой возможно только тогда, когда способы обработки материала имеют специфические особенное™. Возникает поэтому необходимость специального формирования способов образования оперативных единиц памяти. Можно выделить такие способы:
а) четкий отбор материала для запоминания (номера целей, их характеристика, расположение отражений от местных предметов в ответственных секторах и т. п.);
б) выделение главного и второстепенного в запоминаемом материале в зависимости от складывающейся обстановки и в предвидении надвигающихся трудностей (например, когда при прослеживании нескольких целей две из них подходят к точке пересечения курсов, расходятся контркурсами, к зоне за-света, «мертвой воронке», опытные операторы выделяют их главные характеристики, твердо запоминают);
в) активная деятельность, направленная на получение максимума сведений об обстановке;
г) использование секундных пауз в работе для повторения и подтверждения важнейших в данный момент сведений;
д) умелая разбивка материала на «куски» по общим признакам, в зависимости от стоящей задачи («трассовые», «цель и перехватчик», «группа целей слева по краю» и т. п);
е) систематизация нумерации целей по признакам места на экране (например, свои цели с номерами 1 —10 или цели в верхней половине с номерами 1—15, а в нижней от 16 и выше), тактической общности (цель — 014, перехватчик — 015, 016), высоты полета, курсов, внешнего вида отметок и других признаков (последовательность номеров целей, своди-24 Военная инженерная психология 369
мых в один «кусок», или расположение их в группе, например 03-06-09).
Все это свидетельствует о том, что основные характеристики памяти у операторов формируются вместе с развитием способности понимать обстановку на экране, активно познавать ее, с овладением приемами операторского мышления, отработки и запоминания материала, накоплением опыта, формированием отношения к своей работе. Память оператора формируется, развивается, «приспосабливается» к деятельности, выполняемой им. Это и позволяет говорить о профессиональном характере оперативной памяти оператора. Конечно, существует связь между профессиональной памятью и общими свойствами памяти.
Можно полагать, что инженерно-психологические решения, облегчающие функции памяти (например, высвечивание номеров возле отметок от целей), могли бы существенно улучшить работу оператора, повысить его способность работать при значительно большем числе одновременно наблюдаемых на экране целей.
В работе оператора важно и внимание. Объективно требования к вниманию вызваны необходимостью немедленно подмечать малозаметные изменения на экране и в показаниях приборов в течение всего дежурства. Малозаметность объектов и признаков и требование к немедленному их обнаружению подчеркивают роль интенсивности внимания; необходимость длительной, успешной работы, в том числе при воздействии факторов боевой обстановки, — роль его устойчивости. Значение распределения и переключения внимания связано с тем, что в ходе работы оператор должен определять координаты, уточнять и выдавать характеристики целей, следить за появлением новых, контролировать правильность работы станции, управлять ею, временами прослушивать переговоры других операторов с планшетистом, осмысливать обстановку и т. п. Пропуск или позднее обнаружение целей может произойти не только из-за малого объема внимания, отвлекаемости, но и вследствие чрезмерной концентрации внимания на проводимых целях, слабой способности к распределению и переключению внимания.
Развитие внимания оператора происходит не только на базе развития его общих характеристик, но и за счет избирательности восприятия, более глубокого понимания радиолокационного изображения, осознания важности решаемых задач, желания достигнуть еще более высоких результатов. Большое значение имеют овладение специфическими приемами организации внимания применительно к условиям деятельности. К числу их относятся: а) быстрый, избирательный отбор объектов и признаков («точек фиксации внимания»); б) правильное восприятие, умение не только заметить объект, цель, но и бы-370
стро, в определенной последовательности выделить важные признаки его, произвести сравнение, включить их в связи; в) гибкое управление концентрацией, интенсивностью, переключением и распределением внимания в зависимости от задачи и складывающихся условий; умелое выделение главного в тот или иной момент, предвидение времени, места н характера усложнений (момент начала атаки перехватчиком или отделения ракеты, ожидаемый маневр противника в связи с особенностями складок местности и т. п.); г) формирование маршрутов восприятия, последовательности обзора, выделения признаков («стратегии восприятия»).
Управление вниманием у некоторых операторов происходит в форме самоприказов, напоминаний самому себе, вопросов себе, внутреннего монолога.
Короче говоря, для внимания опытного оператора характерна специфическая система организации, приспособленная для успешного выполнения деятельности, имеющей характер профессиональной наблюдательности.
Психологическая характеристика работы с экраном существенно зависит от свойств личности операторов. Все операции восприятия, мышления, памяти, внимания и развитие профессиональных характеристик происходят под их определяющим влиянием. Приводимые ниже данные опытных исследований позволяют достаточно точно установить эту зависимость. Нами был проведен следующий эксперимент.
Выборочному обследованию подверглись 213 специалистов, надежность и операторская эффективность которых ставились в зависимость от их индивидуальных и социальных особенностей. Все операторы по качеству работы с экраном были объединены в несколько групп. Данные представлены в таблице 31.
Принадлежность к Коммунистической партии и добросовестное отношение к службе (сюда же (включались характеристики дисциплинированности, самокритичности, правильных взаимоотношений с коллективом, активного участия в общественной жизни) (во ®сех обследованных случаях обеспечивали высокое мастерство и надежную работу оператора.
Практика говорит о том, что недостатки в развитии таких качеств, как память, внимание, мышление, темперамент и др., могут быть преодолены лишь при очень добросовестном отношении к службе, учебе, работе и высоком развитии общественно значимых личностных черт. Так, среди лучших отличную память имели 24,5% операторов, хорошую — 69,9%, удовлетворительную—5,3%, плохую—0%, среди худших соответственно—9,1%, 54,5%, 24,2%, 12,1%.
Эти и другие данные свидетельствуют о желательности психологического отбора операторов РЛС с учетом качеств нап-
24* 371
равленности личности, характера, темперамента, мышления, оперативной памяти, (Внимания.
Достаточно обстоятельно в настоящее время исследованы условия работы оператора РЛС. В работах, посвященных этому вопросу, отмечается отрицательное влияние однообразия, высокой напряженности и интенсивности, повышенной температуры, ионизации и загрязненности воздуха, большой шумности и других факторов. Выявленные зависимости н предложенные рекомендации учитываются при 'Конструировании современных РЛС.
Таблица 31
Зависимость результатов работ от личностных характеристик оператора (в %)
Характеристики личности Опытные операторы .Молодые операторы
лучшие худшие лучшие । худшие
Партийность: чл. КПСС 22,1 0 12,5 0
чл. ВЛКСМ 70,8 78,8 50,0 87,5
б/п 7,1 21,2 12,5 12,5
Отношение к службе: очень добросовестное 31,9 0 75,0 0
добросовестное 64,6 58,0 12,5 45,8
равнодушное 3,5 35,5 12,5 45,8
отрицательное 0 6,5 0 8,4
Отношение к коллективу: нормальное 88,1 72,0 100,0 75,0
не всегда нормальное 11,9 28,0 0,0 25,0
Мнение о себе: нормальное 97,0 88,0 100,0 91,7
высокое 3,0 12,0 0,0 8,3
Участие в общественной жизни: активное 61,2 20,0 50,0 37,5
среднее 31,4 28,0 50,0 58,3
пассивное 7,4 52,0 — 4,2
Настойчивость, трудолюбие: настойчив, трудолюбив 92,5 39,4 87,5 50,0
недостаточно трудолюбив 7,5 60,6 12,5 50,0
Дисциплинированность: очень дисциплинирован 89,3 51,5 87,5 41,6
дисциплинирован 9,8 36,3 12,5 58,4
недостаточно дисципли- 0,9 12,1 0 0
нирован
К сожалению, психология пока еще не располагает необходимыми знаниями компонентов тех или иных состояний человека, системой их признаков (с учетом весовых соотношений) и способов точной регистрации. Пока еще нет и четких примеров оценки состояний.
372
До сих пор не выявлены многочисленные возможности дальнейшего применения инженерно-психологических решений для улучшения условий работы операторов РЛС. Так, окружающее освещение не всегда благоприятствует качественному восприятию. Следовало бы подумать об уменьшении засвети экрана от освещения соседних рабочих мест (особенно на командных пунктах), контрольных лампочек и шкал приборов, улучшении затемнения входных дверей, разделении шторкой рабочих мест оператора и дежурного техника. Не всегда удобны рабочее кресло, гарнитур (для -телефонных переговоров), рабочая поза и т. д.
Представляют практический интерес данные о динамике работоспособности оператора РЛС в процессе непрерывной работы.
В фазе врабатываемости продуктивность работы оператора РЛС по суммарным показателям -быстро улучшается в первые 10 минут (рис. 64). Но разные показатели трансформируются с разной интенсивностью и скоростью. В первые 5—7 минут быстро меняются параметры определения координат (величины и число ошибок, сверхнормативные определения азимута и дальности, грубые ошибки), ложные опознания разных отметок в качестве целей. Число ошибок в номерах целей приходит к минимуму только к 13 минуте, а время обнаружения новых целей — к 30 минуте (сокращение в 3,7 раза).
Степень выраженности изменений в индивидуальных экспериментах различна. Выделяются четыре типа кривых. Первый тип характерен быстрой врабатываемостью в течение 5—7 минуте ростом продуктивности примерно на 40%. Второй тип— врабатываемость замедлена и происходит в течение 15—25 минут с улучшением показателей тоже в среднем на 40%. Третий тип — в течение 5—17 минут врабатываемость не обнаруживается, а затем происходит медленное улучшение показателей работы на 20—30% в течение последующих 10—15 минут (к 15—25 минуте работы). Четвертый тип — врабатываемость почти или совсем не обнаруживается.
Тип врабатываемости определяется разными причинами, из которых главная — характер предшествовавшей работы. Если оператор в течение дня работал 5—10 часов, то, приступая к работе после небольшого отдыха, он показывает четвертый тип врабатываемости. То же бывает, если оператор перед заступлением на дежурство проводит некоторое время рядом со сменяемым оператором, прослушивает его работу, изучает обстановку на экране, ведет проводку целей про себя.
Таким образам, процессы врабатываемости сильно зависят от начальных «предрабочих» состояний оператора. Индивидуальные типы кривых продуктивности в фазе врабатываемости говорят о том, что надо иметь в виду возможность разнообразного протекания ее в течение 20—25 минут. Видимо, эти
373
д
32
Z8
16
8
5 10 15 ZOMUH 5 10 15 ZOMUH 5 10-15 ZOMUH
Процент сверхнормативных Количество цепей Ошибки в номерах целей отклонений А и Д и темп выдачи данных
е
ж
з
Успешное т ь
Рис. 64. Изменение различных показателей продуктивности работы оператора РЛС в фазе врабатываемости
сроки практически более значимы, чем средние 10 минут. Имеются некоторые данные, которые говорят о том, что с повышением опытности, мастерства явления врабатываемости выражены несколько меньше. Экспериментально подтверждена эффективность «психологической разминки» в предрабочий период.
Обнаружено, что первый минимум (наилучшие показатели продуктивности, достигаемые в ходе врабатываемости) неустойчив. Во второй половине первого и на втором часе работы наблюдаются новые максимумы и минимумы (рис. 65). Но в колебаниях усматривается и некоторая закономерность: они «затухают», кривая выравнивается. Есть основания полагать, что это проявление продолжающейся функциональной настройки нейропсихической динамики на новую работу, но настройки более тонкой, гибкой, устойчивой.
Это дает право считать, что фаза врабатываемости в работе оператора РЛС длится до 30—90 минут. В ней выделяются два периода: 1) период «экстренной» врабатываемости (5—• 25 минут) и 2) период «тонкой» врабатываемости (30—90 минут).
Наблюдения показывают, что явления, сходные с врабатываемостью, происходят и в фазе оптимальной .продуктивности. На рис. 66 показан случай, когда оператор перешел от проводки 2 целей к проводке 8. В новых, более сложных условиях показатели работы сразу ухудшились, а затем постепенно пришли «в норму».
Примерно то же происходит при переключении масштабов, внезапном возникновении помех, включении задержки развертки. На 3—6 минут увеличивается число ошибок в номерах целей, ухудшается обнаружение новых, падает темп выдачи данных.
Очевидно, это явление тоже связано с функциональной настройкой нейропсихической динамики оператора на новые условия работы, вызванной тем же «рассогласованием» между новыми требованиями и наличным состоянием динамики. Его можно назвать «вторичной» врабатываемостью.
Явление «вторичной» врабатываемости сказывается на работе оператора, находящегося на дежурстве, отрицательно, особенно при длительном нахождении в состоянии ожидания, наблюдения и резком усложнении обстановки. Некоторые данные говорят о том, что поддержанию нужного функционального состояния способствуют периодические задания оператору, требующие активной работы в течение нескольких минут. В принципе возможно изготовление и применение для этой цели специальных технических приставок. Видимо, следует по возможности избегать переключения масштабов и включения задержек развертки в ответственные моменты. Правда, замечено, что специальная тренировка в работе с переключениями
376
Успешность Успешность
выше Ниже ' Выше Ниже
ранг-
о- Ю~ 20-30-40-50-60-10- 80-90- 100-
-10 -20-30 -40'50-60-70-80-90-100-110 ранг.
о- 10- 20- 30- 40- 50- 60- 70 - 80- 90- 100-
'Ю -20 -30 -40 -50-60 10-1)0-90-100 110
Время с начала работы (мин)
ранг.
-10 -го -30 -40 -50 -60 -ю -80-90-100 -110 ранг.
-10 -Z0 -30-40-50-60-10 -80 30-100 -110
Время с начала работы (мин.)
Рис. 65. Динамика продуктивности работы оператора РЛС в первые два часа дежурства
Ранг.
Время
Рис. 66. Изменение успешности работы оператора РЛС при усложнении воздушной обстановки (увеличении числа целей)
бремя
0-30 1-00 I 30 2 00 2-30 300 330
Время с начала работы
При решении задачи на обнаружение появляющихся целей
Ранг
<О
а
б
Р и с. 67. Динамика продуктивности при непрерывной работе оператора РЛС па дежурстве
позволяет повысить надежность работы оператора, нивелирует явление «вторичной» врабатываемости в подобных ситуациях.
Продолжительность оптимально продуктивной работы оператора связана с развитием общего, зрительного, умственного и эмоционального утомления. Влияние утомления на работу проявляется в позднем обнаружении новых целей, забывании номеров, замедленном определении координат. Типичные кривые изменения общей продуктивности и некоторых ее характеристик показаны на рис. 67. 2—4 часа — такова, как правило, продолжительность оптимальной работы. В отдельных случаях наблюдаются отклонения сроков и в большую, и в меньшую сторону. Зависит же это от объективной сложности обстановки, решаемых задач, опытности оператора, применяемых им способов работы, времени суток (днем—4, ночью—3).
Имеются рекомендации ограничить продолжительность непрерывной работы оператора двумя, а общую продолжительность в течение суток — шестью часами. После каждого часа работы необходимо делать перерыв на 10 минут, применять специальные комплексы спортивной гимнастики, улучшать сп ортив но-м ассовую р аботу.
Если иметь в виду, что в определенных условиях возникает специфическое состояние (например, эмоциональная напряженность, скука и т. п.), то станет очевидной необходимость непрерывного контроля за состоянием человека.
Этот контроль должен обеспечить обнаружение изменений состояния оператора, прогнозирование дальнейших изменений и соответственно управление условиями работы (например, перераспределение нагрузки между человеком и автоматом в автоматизированной системе управления, регулирования полосы пропускания сигналов и скорости передачи информации человеку в зависимости от его состояний и т. д.).
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ РАЗВИТИЯ ВОЕННОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ПСИХОЛОГИИ В США
Военную инженерную психологию принято считать прикладной отраслью инженерной психологии. Аналогичного мнения придерживаются и военные специалисты США. Из их многочисленных концепций явствует, что инженерная психология для военных целей и составляет основу науки военной инженерной психологии. Следует подчеркнуть, что эта наука, как и вообще научно-технические исследования в США, используются прежде всего в интересах милитаризма, подчиняются целям агрессивной политики империалистов.
Организации, ведущие работы в области инженерной психологии, делятся на четыре основные категории:
а) ведомственные лаборатории и группы,
б) университеты и колледжи,
в) заводские и другие промышленные фирмы,
г) консультирующие учреждения.
В настоящее время число промышленных и делопроизводственных фирм, работающих по запланированным программам инженерной психологии, составляет около 140. Число университетов и колледжей несколько меньше — около 50. [ Большинство ведомственных лабораторий принадлежат министерству обороны США и национальному управлению по аэронавтике и исследованию космического пространства. 1\ основным из них относятся: лаборатория авиационной и космической медицины ВВС США, авиационный конструкторский центр Райта, лаборатория человеческих факторов BBCClIL\, авиационный конструкторский центр Рома, секция инженерной психологии при исследовательских лабораториях ВМФ, отделение человеческих факторов при лабораториях электроники ВМФ, отделение психологии при медицинских исследовательских лабораториях армии США и др.
Несмотря на то что количество инженерно-психологических организаций в военных ведомствах меньше, чем в промышленности, большая часть — около 70%—научных и
381
прикладных исследований приходится на долю первых. Кроме того, следует учитывать, что более чем 2/3 инженерно-психологических работ, ведущихся в промышленности и университетах, организуются и финансируются по специальным контрактам с военными учреждениями. По данным на 1967 г., затраты военных ведомств на инженерно-психологические разработки составляли 18000000 долларов в год, не считая 5000 000 долларов в год, отпускаемых на договорные работы. При этом число невоенных инженерно-психологических исследований не превышает 20% от общего их числа. Координирует работы комиссия по инженерной психологии научного совета министерства обороны.
Таким образом, оказывается, что в США инженерная психология — это лишь малая часть военной инженерной психологии. Содержание и направления развития инженерной психологии, как это станет ясно из дальнейшего изложения, целиком определяются уровнем развития и потребностями прежде всего военной техники.
Едва ли следует особо оговаривать, что это обстоятельство не является случайным.
Так, в Соединенных Штатах Америки с самого начала «космической эры» основное внимание было направлено на создание космических систем, способных повышать военный потенциал США; усилия ученых направлены на использование космического пространства в военных целях для размещения и использования в космосе оружия, направленного против Советского Союза и других стран социализма.
Изучению возможностей человека в космосе для выполнения преимущественно задач военного характера посвящена многолетняя программа в США. В ходе выполнения этой программы исследованию подвергается человек как оператор со всеми присущими ему психо-физиологическими возможностями, а также рассматриваются простые и сложные системы «человек — машина».
Исследования проводятся применительно к существующим и перспективным космическим кораблям. Здесь американцы рассматривают в первую очередь многоцелевую военную орбитальную, околоземную космическую станцию. Станция с космонавтами на борту должна не только позволить всесторонне исследовать влияние специфических факторов длительного космического полета на организм человека и выработать требования к «подгонке» технических средств под оператора-космонавта и «подбора» космонавта к системам управления, но и дать возможность решать американским милитаристам чисто военные задачи. В частности, по стратегической разведке территории стран социалистического содружества с помощью различной разведывательной аппаратуры, управляемой человеком; наблюдению за поверхностью океанов для обнаруже-382
ния подводных атомных лодок с ракетно-ядерным оружием в погруженном состоянии; проведению инспекции ИСЗ не американского «происхождения», вращающихся на орбитах, и вывод их из строя; осуществлению противоракетной и про-тивокосмической обороны с применением новейших видов оружия; управлению боевыми действиями в воздушно-космическом пространстве; проведению ударных операций по объектам противника.
В результате подобных исследований американские милитаристы полагают полностью решить вопрос о том, сможет ли человек, длительно находящийся в космосе, производить разведку (в том числе и визуальную); уничтожать космические объекты противника; управлять боевыми действиями наземных войск; осуществлять бомбометание (или запуск ракет); своевременно предупреждать свое командование о появлении летательных аппаратов противника.
*
Инженерная психология как наука о взаимодействии между человеком и машинами в сложных системах управления возникла в США во время второй мировой войны. Развитие военной техники выдвинуло перед проектировщиками и конструкторами ряд проблем, которые, как показал опыт, не могли быть решены традиционными техническими способами. В них ставились практически невыполнимые требования. Вот что писал об этом американский психолог Ф. Тэйлор: «...Человеку нужно было вести наблюдение за целью, которая была почти невидимой на экране, понимать речь при заглушающем шуме, сопровождать цель по трем измерениям с помощью двух рук, решать в уме сложные дифференциальные уравнения, воспринимать огромное количество информации и при этом принимать в кратчайший срок жизненно важные решения без всякой надежды на повторную попытку» !.
Разумеется, человек не справлялся с этими задачами. Для решения возникших проблем в военную промышленность стали привлекаться психологи. Начали создаваться специализированные инженерно-психологические группы. Во всех родах войск были приняты конкретные программы исследований. Из них наибольшую известность получила авиационная программа «Psychological Research Project», принятая в 1944 г. Перед ней были поставлены, в частности, следующие задачи:
1 V. Т а у 1 о г. Psychology and design of machines. «The Amerikan Psychologist», v. 12, № 5, 1957.
383
а) разработка методов отбора инструкторов;
б) изыскание объективных и субъективных методов оценки летных навыков;
в) совершенствование тестов для проверки общей подготовки летного персонала (пилотов, штурманов, бомбардиров и стрелков);
г) создание новых методов анализа летной работы;
д) проведение экспериментальных исследований по обучению и тренировке.
Результаты исследований по этой программе были опубликованы в виде сводных отчетов министерства обороны в 1947 г.1. Благодаря этим исследованиям и аналогичным работам в армии и на флоте значительно возросла роль психологов и расширилось поле их деятельности. Если в первые годы войны психологов приглашали для составления тестов по отбору и классификации военных специалистов, то теперь без психолога нельзя было работать над совершенствованием структуры управления личным составом, обеспечить создание и эффективное использование нового оружия, осуществлять специальное обучение и тренировку, разрабатывать тренажеры и т. п.
В послевоенные годы военная инженерная психология стала развиваться в США исключительно быстрыми темпами. Это ускорение обусловлено главным образом расширением масштаба работ, выполняемых по контрактам с военными организациями и вовлечением все большего числа гражданских фирм в решение военных проблем. Следует отметить, что в связи с быстрым развитием техники в послевоенные годы инженерная психология также стала необходима для гражданских нужд, как в свое время для военных. Однако потребность гражданской промышленности в инженерной психологии с самого начала и по сей день удовлетворяется далеко не так полно, как в военном деле.
Наибольшую финансовую поддержку получают те работы, которые прямо способствуют решению военных проблем. Поэтому развитие инженерной психологии в послевоенные годы — это, по существу, развитие военной инженерной психологии.
В 1945 г. в Вашингтоне при исследовательских лабораториях ВМФ была создана группа инженерной психологии. В том же году начала свою деятельность инженерно-психологическая группа при Аэромедицинской лаборатории ВВС. В 1947 г. в этой лаборатории была организована секция по
1 См. Psychological research on flexible gunnery training. Washington, 1*947. Psychological research in the theaters of War. Washington, 1947. Psychological research on pilot training. Washington, 1947.
384
изучению работы обслуживающих команд и систем управления, в дальнейшем программа работ была расширена и включила изучение работы операторов в системах ПВО и управления воздушными трассами. Работы названных организаций имели в основном научно-исследовательское направление, но они были связаны также и с решением чисто технических задач. Это объяснялось тем, что изучение системы «человек — машина» в лабораторных условиях требует создания дорогостоящей и сложной имитирующей аппаратуры. После 1949 г. созданием экспериментальной аппаратуры стали заниматься многие организации: Массачусетский технологический институт, исследовательский центр ВВС в Кембридже, военно-морской центр по разработке специального оборудования, управление гражданской авиации, институт Франклина.
В 1951 г. возникла широко известная по масштабу своих инженерно-психологических исследований Корпорация по разработке -систем—SDC (System Development Corporation). Наряду с общими вопросами, связанными с работой командных пунктов ПВО, особое внимание в SDC уделяют обучению обслуживающего и командного персонала, а также разработкам инструкций по боевой работе. SDC работает по следующим направлениям: обучение в системах управления и программирование вычислительных машин, исследования и разработки по военным и гражданским контрактам, разработка имитирующих устройств и другие аспекты автоматизации. Штат SDC насчитывает более 150 разных специалистов — в основном психологи, специалисты по обучению, а также социологи, математики, инженеры, географы и др. Программа обучения в системах управления осуществляется на базе экспериментального центра ПВО, воспроизводящего реальную обстановку в ее статике и динамике. Операторы обучаются принимать решения в различных ситуациях воздушной обстановки, они всегда знают о результатах своих решений и поэтому могут вносить в свои действия соответствующие изменения. Предъявляемая оператору воздушная обстановка и его решения фиксируются с помощью специальной аппаратуры. Эти документы обсуждаются всей группой, участвовавшей в работе системы, они способствуют обмену информации между операторами. На обсуждениях операторы могут сопоставлять результаты своих упражнений с общими задачами системы.
В конце 40-х и начале 50-х годов группы инженерной психологии начали создаваться в промышленных лабораториях. В настоящее время в США едва ли найдется какая-нибудь крупная фирма, в которой не было бы по крайней мере одной группы по инженерной психологии. Некоторые фирмы (например, Дженерал Электрик) имеют их несколько. Со-25 Военная инженерная психология 38э
став рабочих групп колеблется от 1 до 65 человек (в больших фирмах от 20 до 100). Инженерно-психологические группы состоят в основном из психологов, физиологов, инженеров и физиков. Руководителями группы обычно являются специалисты по психологии, медицине или инженеры. В будущем предполагается увеличение среднего состава инженерно-психологических групп до 150 человек1. По данным на 1961 г., штат исследователей, ведущих работу в промышленных предприятиях, составлял 1300 человек.
В США имеется также несколько профессиональных групп и обществ по инженерной психологии, которые объединяют более 2000 человек.
К ним относятся: профессиональная группа человеческих факторов в электронике при институте IEEE; общество человеческих факторов; 21-е отделение инженерной психологии Американской психологической ассоциации, ассоциация авиационной и космической медицины; секция инженерной психологии при психологическом отделении Комитета военно-морских исследований; организация по обеспечению безопасности полетов при военно-морском центре обучающих машин.
Различные военные организации финансируют инженерно-психологические исследования самыми разнообразными способами: через внутриведомственные лаборатории и лаборатории промышленных подрядчиков с помощью больших контрактов и субсидий от исследовательского комитета морского флота, научно-исследовательского комитета ВВС и технических бюро армии. Основная работа выполняется ведомственными и промышленными лабораториями. Они разрабатывают специальные системы вооружения и вспомогательное оборудование, а инженеры-психологи, работающие в этих лабораториях, занимаются исследованием проблем, связанных с военными разработками.
Лаборатории инженерной психологии решают также и специальные задачи: проблемы ускорений, изоляции и невесомости, проблемы радиолокационного обнаружения целей и слежения за ними на экранах, проблемы связи в особых условиях, проблемы человеческих ресурсов и обслуживающего, персонала и т. д. Эти лаборатории способствуют тем самым общему развитию инженерно-психологической науки.
Военные ведомства заключают также краткосрочные договоры с отдельными специалистами. Этот способ финансирования оказывается особо приемлемым, когда предпринимается какое-нибудь новое или перспективное исследование.
1 См. I. А. К г a f t. A follow up survey of human factors research in business and industry. Human factors, v. 3, №4, 19/67.
386
В последнее время в США на эти цели расходуется все больше средств. Систематические исследования в области инженерной психологии непрерывно расширяются. Для многофакторных исследований и моделирования требуется дорогое и сложное оборудование. В ближайшем будущем планируется создать специальную группу способных ученых, состоящую из 65—70 психологов, 30—35 специалистов-социологов. Группе ученых будет передано первоклассное оборудование и оказана разносторонняя техническая помощь, при этом гарантируется непрерывное финансовое обеспечение.
Для продолжительных систематических исследований предполагается учредить «долгосрочные фонды». В этом случае вначале заключается контракт или отпускается субсидия на один год, а на последующие годы заключаются новые контракты или назначаются дополнительные фонды. Этим обеспечивается непрерывность, гибкость контракта при возможных изменениях условий, уменьшается сложность финансовых операций и необходимость частого пересмотра бюджета. В настоящее время усиливаются работы в области военно-инженерной психологии непосредственно в армии, ВВС и ВМФ. Эти работы проводятся под руководством специальных управлений и отделов. В интересах удовлетворения современных потребностей инженерно-психологической науки в министерстве обороны создаются специализированные лаборатории и научно-экспериментальные институты по исследованию систем «человек— машина», характеристик деятельности человека-оператора, изучения деятельности групп.
Проблемы, стоящие перед современной военной инженерной психологией в США, можно разделить на два класса. К первому относятся проблемы, связанные с использованием человека в сложных системах вооружения. Второй класс включает более сложные проблемы социальной психологии и групповой психологии. В обоих классах акцент ставится на роль человека в современных и будущих системах вооружения. Все эти проблемы возникают сейчас потому, что традиционные решения, сложившиеся в рамках старой военной психологии, уже не отвечают современным требованиям. Управление людьми даже в самых благоприятных условиях становится очень сложным. Оно зависит от способности военного руководителя опираться на традиции и здравый смысл людей, сложившиеся за многовековой военный опыт. Оно зависит также от способности экспериментатора находить новые решения при изменяющихся обстоятельствах. Современная военная обстановка меняется очень быстро. Более того, по словам Ч. Брэя ’, военный
1 См. С. W. Bray. Toward a technology of human behavior for defence use. The American Psychologist, v. 117, № 8, 1962.
25* 387
образ жизни начинает все глубже проникать в мир техники и новых социальных институтов. Поэтому общей теоретической задачей для военной инженерной психологии и социальных наук является создание таких средств и методов, с помощью которых можно было бы решать проблемы, возникающие при осуществлении военных действий в современном быстро меняющемся мире техники и людей.
Военная инженерная психология в течение ближайшего будущего должна состоять из трех частей:
а) новой научной теории о человеке: в век вычислительных машин особо желательно, чтобы новые понятия получили математическое выражение;
б) проверенных знаний об основных свойствах и характеристиках человека-опера тор а, причем здесь важно иметь не только качественную, но и количественную информацию;
в) обоснованных методов работы с людьми и получения точной информации о них.
Для решения этих задач различными учреждениями было представлено свыше 40 специальных программ. После тщательного рассмотрения министерство обороны отобрало лишь несколько, которые можно отнести к следующим областям:
а) анализ деятельности оператора;
б) исследование систем «человек — машина»;
в) решение мыслительных задач отдельным человеком; г) деятельность группы;
д) приспособление больших организаций к изменяющимся требованиям;
е) убежденность и мотивация.
Рассмотрим содержание некоторых из этих программ в отдельности.
Анализ деятельности оператора. Деятельность человека-оператора преимущественно протекает среди машин. При все возрастающей степени автоматизации некоторые функции человека отмирают или частично ограничиваются, другие, особенно те, о которых речь будет идти ниже, расширяются и усложняются. Основная и постоянная функция человека-оператора как составного звена автоматизированной системы связана с переработкой информации. Человек воспринимает информацию в виде временных, пространственных и абстрактных форм, разбивает ее на категории и структурные группы, адекватные для ее использования и для передачи ее в звенья других систем. Кроме того, человек принимает решения. Он делает это уже при обработке информации и при предписании машине или нескольким машинам тех пли иных задач. Являясь звеном системы управления, человек в то же время может работать в составе группы операторов, каждый из которых выполняет определенную функцию. Для того чтобы управлять военной системой подобного рода, необходимо иметь деталь-388
ные сведения о способностях человека воспринимать информацию, перерабатывать ее и осуществлять перепрограммирование, если этого требуют изменившиеся обстоятельства.
Для изучения деятельности человека-оператора в ближайшем будущем намечается проводить более интенсивные исследования. Они будут вестись по трем направлениям, которые можно кратко озаглавить как системный, индивидуальный и групповой подходы. По каждому из этих направлений предполагается создать специальную лабораторию.
Лаборатория систем «человек — машина». Систему «человек—машина» можно определить как некоторую организацию, состоящую из людей и оборудования, имеющую единую цель и объединенную некоторым общим потоком информации. Сложность современных систем настолько велика, что их военную эффективность определить очень трудно, если исходить только из знаний об их отдельных элементах. Особенно трудно определить эффективность целостной системы, когда имеется слишком мало знаний о свойствах целого класса звеньев—людей, которые входят в любые военные системы. К тому же большая часть знаний о характеристиках человека-оператора является в настоящее время неадекватной с точки зрения тех задач, которые ставятся перед системой. Именно это обстоятельство заставило военных специалистов задуматься о возможности полной автоматизации. Однако здесь неожиданно возникло, казалось бы, парадоксальное обстоятельство: автоматизация увеличивает ответственность и усложняет содержание деятельности человека в той же степени, в какой она приводит к замещению его функций. Значит, тенденция к автоматизации ни в коей мере не может служить оправданием для низкого уровня психологических знаний.
Современный системный подход вырос из исследований операций, которые начали развиваться еще во время второй мировой войны. В исследованиях операций широко применялись математические модели. Этот же метод был применен для анализа систем в качестве инструмента для разработки будущих систем. Поскольку математическим моделированием занимались люди, далекие от психологии, модели систем «человек — машина» страдали такими упрощениями, которые сводили подчас их практическую ценность к нулю. По мнению американских специалистов, этих досадных упрощений можно избежать путем физического моделирования систем в целом или подсистем в сочетании с практической проверкой важнейших системных операций. Другими словами, математический подход должен быть дополнен лабораторным исследованием.
Особенно большую трудность для создания теории систем представляет множественность критериев, по которым оценивается эффективность системы и их взаимосвязь. Эту труд-389
ность опять-таки можно преодолеть только через серию лабораторных экспериментов.
Таким образом, основная задача лаборатории систем «человек—машина» — это совершенствование методов моделирования, разработка теории систем и проведение исследований по взаимодействию между человеком и машиной. Около половины основного научного и технического персонала в такой лаборатории будут представлять специалисты по инженерной и экспериментальной психологии, психофизиологии и социальной психологии. Остальная часть должна состоять из инженеров, математиков, в частности специалистов по исследованию операций. Основой технического оснащения лаборатории систем станут электронные вычислительные машины и многопрограммные устройства.
Лаборатория интеллектуальных навыков. Интеллектуальные навыки используются человеком, когда он получает информацию и принимает на ее основе решение. При этом возможны два случая: 1) человек использует информацию обычным, заранее установленным и привычным способом; 2) переработка информации требует необычных, новых действий, которые нужно еще отыскать.
В первом случае говорят о стандартной деятельности или об интеллектуальных стандартах, во втором — о мыслительных операциях индивида.
Хотя военные условия являются чрезвычайно динамичными, в них все же можно выделить некоторые постоянные компоненты. Знание о них крайне необходимо для конструирования и выбора системы вооружения, определения необходимости автоматизации той или иной функции и т. д. Интеллектуальные стандарты необходимы также для облегчения я совершенствования творческой деятельности оператора при необычных условиях. Современные технические изобретения основаны на огромном количестве точных знаний о физических объектах и процессах.
Известно, какую большую роль играют стандарты в электронике. Такое же значение в конструировании систем могут иметь и стандарты интеллектуальной деятельности оператора.
При разработке военных систем всегда подчеркивается роль человека как информационного канала. Отсюда вытекает практическая важность сосредоточения внимания на интеллектуальных стандартах, связанных с получением, отбором и переработкой информации привычными способами. Именно анализ стандартной деятельности дает благоприятную возможность для составления систематической классификации задач оператора.
Систематизацию задач следует осуществлять одновременно в двух направлениях.
Первое — это прямой перечень задач, которые должны 390
иметь определенное значение для будущих военных систем. Здесь необходимо учитывать следующее:
а) основное содержание самих по себе задач, включая характеристики внешних входов, нагрузки, требуемых выходов, обратной связи, взаимодействий между членами группы, организационных норм и непосредственной рабочей среды;
б) косвенные условия, которые влияют на деятельность оператора через его мотивацию, утомление, возбудимость, физиологическое состояние и т. д.;
в) фоновые факторы, включающие способности индивида, тренировку, его уровень образования, физиологическое состояние и т. д.
Примером такого рода классификации может служить описание задач космонавтов для спутника «Меркурий», работы персонала штаба ПВО.
Второе направление — это теоретическое обобщение задач разного вида и многих систем с целью выявления их общих элементов. Здесь еще многое только предстоит сделать.
О важности исследования интеллектуальной деятельности в нестандартных условиях особо не приходится говорить. Способность человека к творческой мыслительной деятельности является самым веским основанием для сохранения его в системе управления не только в настоящем, но и в будущем. Решения должны приниматься оператором быстро, и им следует основываться на большом объеме специальной информации. Не исключена возможность, что через некоторое время важные решения будут формироваться в нижестоящих звеньях организации, а не так, как это имеет место сейчас-
Если сравнить объем работ, связанных с психологией восприятия и двигательных навыков, с объемом работ по интеллектуальным процессам, то окажется, что в течение по крайней мере 25 лет мышление было заброшенной областью психологии. Некоторое оживление началось лишь в 1950 г. и продолжает развиваться сейчас. Однако до сих пор между объемами исследований по различным аспектам интеллектуальных процессов не достигнуто равновесия. Анализ 96 действующих программ по разработке проблем мышления показывает, что имеется прогресс в следующих областях:
а) создание моделей мыслительных процессов;
б) принятие решений в тактических играх и других групповых ситуациях;
в) определение и оценка способностей человека, необходимых для решения задач;
г) усвоение и применение понятий;
д) творческое решение задач и изобретательность;
е) решение сложного рода взаимосвязанных задач, когда предыдущий выбор влияет на последующее решение.
391
Лаборатория интеллектуальных навыков, которая должна разрабатывать указанный круг проблем, комплектуется так же, как лаборатория систем «человек — машина», но для нее необходимы более совершенные вычислительные машины.
Лаборатория групп. Группа —это организационная единица, в которой каждый член выполняет определенную функцию. Цели и задачи, решаемые группой, определяются целями и назначением более крупных организаций, в свою очередь состоящих из множества групп. В пределах данной организации функционируют группы разных типов. Каждая группа имеет некоторую степень самостоятельности при выполнении своей конкретной задачи. Военные группы (расчеты, экипажи, команды) в условиях автоматизированного управления состоят из специалистов, которые выполняют иногда совершенно разные по своему содержанию функции, и от них при этом требуются совершенно разные знания. Это обстоятельство существенно отличает современные военные группы от старых, например стрелковых, подразделений, в которых все члены выполняли одинаковые функции.
Организация и обучение групп является одной из важнейших задач в военном деле. Не удивительно, что на соответствующие разработки тратится много средств. Правда, в современной психологии групп еще недостаточно разработаны те аспекты, которые особо важны с военной точки зрения: вопросы формирования групп, методы оценки их деятельности и вопросы обучения.
Специальный анализ 1600 работ по психологии групп (эта цифра составляет лишь небольшую часть всех исследований по данной проблеме) показывает, что основной темой здесь является взаимодействие различных переменных, влияющих на деятельность группы. К сожалению, имеется очень мало работ по выработке рациональных методов оценки эффективности групп. Почти никаких систематических исследований в этом направлении не предпринималось. Оценка эффективности по конечному результату уже не является достаточной мерой.
Дальнейшая разработка методов оценки деятельности групп невозможна без систематической классификации основных элементов коллективных задач. Такая классификация необходима здесь также при исследовании интеллектуальных навыков индивида.
Для будущих инженерно-психологических исследований военных групп крайне необходимо принять программу, объединяющую в себе «естественный» и лабораторный эксперименты. Проблема соотношения лабораторных данных с реальными условиями нигде не стоит так остро, как при изучении деятельности групп.
Американская инженерная психология существует уже более 25 лет. В течение всего этого времени она развивалась 392
довольно быстрыми темпами. В результате был накоплен значительный опыт не только в научной разработке проблем, но и в их практическом приложении. Большой интерес представляет также решение сложных организационных задач, которые приходилось и приходится решать при проведении научно-исследовательских работ.
Вместе с тем нельзя и переоценивать достижения США в области военной инженерной психологии. Несмотря на колоссальный по своим масштабам объем работ в области инженерной психологии (ежегодно выходит около 5000 работ, из которых «перерабатывается» только половина), решение целого-ряда принципиальных научных проблем оставляет желать много лучшего. Добываемые в лабораториях факты зачастую-не могут использоваться на практике в силу своего частного, эмпирического значения, многие исследования дублируются, большая часть разработок ведется на таком низком научном уровне, что скорее вредит делу, чем способствует его развитию1. Все эти недостатки обусловлены, конечно, не психологическими, а социально-экономическими факторами. Об этом, свидетельствует тот факт, что, несмотря на признание этих недостатков американскими специалистами, они продолжают оставаться острой, нерешенной проблемой.
1 См. А. Ч а п а н и с. Инженерная психология. Сб. «Инженерная психология». М., «Прогресс», 1964, стр. 35.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
За последние годы инженерная и военно-инженерная психология получила определенное развитие и накопила большой •фактический материал. Об этом, в частности, свидетельствуют .материалы многочисленных конференций и симпозиумов. Так, только на Второй всесоюзной конференции по инженерной психологии (1968 г.) было представлено 266 докладов и сообщений по различным вопросам проблемы «человек и Техника и распределение функций между ее основными звеньями». Функционируют постоянно действующие семинары по военноинженерной психологии. Развивается военно-инженерная психология видов вооруженных сил и родов войск. В ряде военно-учебных заведений вышли сборники по специальным вопросам военно-инженерной психологии.
Анализируя состояние военно-инженерной психологии, •следует подчеркнуть, что в настоящее время исследования проводятся, с одной стороны, по психофизиологической проблематике, а с другой — по частным вопросам проектирования технических устройств военного назначения и отчасти по отбору операторов. В интересах дальнейшего развития военной .инженерной психологии было бы чрезвычайно важно систематизировать все имеющиеся сведения о разработке системотехнических аспектов этой науки, о проблемах оптимизации эксплуатации боевой техники, об инженерно-психологических основах боевой и технической подготовки военных операторов и других специалистов.
Необходимым условием решения этих задач явится разработка общих методологических принципов построения военных систем «человек — машина» и изучение закономерностей их функционирования.
Центральное место в военной инженерной психологии занимает разработка принципов и методов проектирования деятельности военного оператора (группы или цепочки операторов) в системе. Дело в том, что до сих пор инженерная психо-394
логия в целом занималась преимущественно разработкой вопросов согласования конструкций технических устройств с характеристиками обслуживающего их человека, опираясь на усредненные данные, касающиеся параметров восприятия, памяти, оперативного мышления и т. д. Такой путь, основанный на представлении о некотором абстрактном человеке, нельзя признать правильным, ибо многочисленные исследования показывают зависимость характеристик оператора от специфики его деятельности, особенно боевой. Следовательно, прежде чем говорить о психофизиологических и психологических требованиях к системе и пультам управления, следует построить проект будущей деятельности оператора, который будет работать с этим техническим устройством. По существу, эта задача состоит в разработке принципов конструирования систем «орган + орудие». За счет таких систем расширяются возможности человека как субъекта познания и труда.
Некоторые попытки обобщения вопросов военно-инженерной психологии сделаны в данной книге. Эти усилия должны быть продолжены, для чего целесообразно, по мнению авторов, более активно координировать все научно-исследовательские работы в области военно-инженерной психологии и создать единый научный центр.
Рассматривая общетеоретические вопросы, авторы данного труда учитывали и чисто практические интересы войск. Однако совершенно очевидно, что в рамках одной книги невозможно было охватить все прикладные вопросы военно-инженерной психологии и инженерно-психологической подготовки военнослужащих всех категорий армии и флота. В этой связи особое значение приобретают создание и постановка специальных курсов в военно-учебных заведениях и учебных центрах. Для дальнейшего развития военной инженерной психологии было бы весьма важно подготовить единый учебник по основам этой прикладной отрасли инженерной психологии и специальные учебные пособия. На наш взгляд, необходимо также издание специализированных сборников и Справочника по военно-инженерной психологии, включая в него раздел по инженернопсихологической терминологии.
Решение всех этих вопросов позволит повысить роль и значение военной инженерной психологии в обеспечении дальнейшего повышения боевой готовности Советских Вооруженных Сил.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ........................................................у
Часть первая. Общие вопросы военной и военно-инженерной психологии ...........................................................7
1. Актуальные проблемы и задачи военно-инженерной психологии. — Психофизиологические аспекты военно-инженерной психологии 13-Конструкторско-системотехническая военно-инженерная психо-
логия .....................................................16-
Кибернетическая психология ................................ 24
Эксплуатационная военно-инженерная психология . . .25
Военная инженерно-педагогическая психология . . . .30'
2. Прием и переработка информации человеком — военным оператором ...........................................33
3. Память и пути ее развития................................58
Объем памяти...............................................59
Запоминание .......................................
Сохранение и воспроизведение...............................67'
4. Проблема мышления в военно-инженерной психологии . . 69
Определение оперативного мышления.........................70
Структура оперативного мышления...........................72
Мышление оператора........................................78
Развитие оперативного мышления............................8Г
Оперативное мышление и технические средства управления войсками.....................................................84
Формализация мышления.....................................88
5. Моторные компоненты деятельности человека-оператора . . 92'
Основные виды моторной деятельности человека и классифика-
ция моторных реакций ....................................... —
Размеры моторного поля и формы траекторий движения . . 94‘
Время моторной реакции и скорость осуществления операций управления...................................................95-
Силовые характеристики моторного поля и регуляция усилий.
Точность движений..........................................10У
Двигательные навыки.........................................>106
Основные требования к органам управления.....................108
6. Проблема надежности в военно-инженерной психологии . .110'
Состояние проблемы.............................................—
Основные понятия и терминология..............................114
Критерии надежности технических средств и «человеческого
звена».....................................................1Й1
Некоторые данные по надежности человека-оператора, обусловленные психофизиологическими факторами .... '128 7. Основы психофизиологической классификации военной деятельности .........................................................137
396
Классификация деятельности.....................................138
Психофизиологический анализ деятельности.......................139
Часть вторая. Специальные вопросы инженерной психологии 158
1. Возможности моделирования некоторых психофизиологических функций человека...............................................—
Понятие содержательных моделей.................................159
Характеристика формальных моделей..............................163
Модели зрительного восприятия и опознания . . . .164
Моделирование восприятия устной речи...........................180
Эвристические машинные программы...............................183
2. Вопросы контроля и нормализации состояний оператора в АСУ военного назначения ........................................ 186
Постановка проблемы..............................................—
Об автоматическом распознавании образов........................192
Особенности применения методов автоматического распознавания образов к контролю за состоянием человека . . . 194
Контроль за состоянием человека в условиях выполнения им определенной работы ...................................... 196
Активный контроль и самоконтроль...............................198
Об автоматической нормализации состояний организма оператора в системах «человек — машина»...........................200
.3. Некоторые особенности групповой психологии военной деятельности ............................................... 205
•4. Влияние условий обитаемости на взаимоотношения человека с машиной....................................................218
Непосредственные условия взаимодействия человека с машиной —
Влияние на человека косвенных факторов конструктивного решения....................................................222
Влияние на человека гигиенических условий работы . . . 225
Влияние на человека факторов внешней среды .... —
5. Проблемы психологического отбора..............................229
Психологический отбор военных специалистов —
Теоретические основы психологического отбора .... 231
Структура личности и классификация психофизиологических свойств ................................................ 2'32
Принципы отбора...........................................233
Методы и приемы психофизиологического обследования . . 236
Изучение особенностей личности ............................... 237
Обработка результатов исследования и оценка эффективности психофизиологического отбора . ..............248
Оценка эмоциональной устойчивости, прогноз напряженности 250
6. Принципы и методы подготовки воинов-операторов . . . 259
Характеристика специфических принципов подготовки воинов-операторов ..................................................—
Методы и приемы изучения научных основ устройства боевой техники и вооружения.......................................263
Методы и приемы изучения материальной части оружия и боевой техники ......................................... 265
Методы обучения воинов-специалистов приемам эксплуатации оружия и боевой техники....................................271
7. Психологические основы конструирования тренажеров . . .281
Психологические принципы конструирования тренажеров . . —
Психофизиологическая классификация тренажеров . . . 285
8. Принципы построения стохастических игровых моделей применительно к решению некоторых задач военной инженерной психологии...................................................288
Основные определения и понятия ............................... 290
Критерии боевой готовности.....................................293
Методы определения критериев боевой готовности . . . 297
397
Часть третья. Отраслевые направления военно-инженерной психологии.....................................................309
1. Некоторые вопросы инженерной психологии в авиации . . —
Психологические вопросы управления самолетом .... 310 Психологические проблемы разработки бортовых средств отображения информации.......................................3(12
К вопросу физиологии и психологии применения сигнализаторов 318
2. Деятельность оператора-дешнфровщнка в системе обработки информации............................................... 323
Информационные аспекты дешифрирования .... 324
Психологическая модель дешифрирования......................326
Структурный анализ восприятия н опознания аэрофотонзображе-ния ..................................................329
Эвристические аспекты дешифрирования...................343
Инженерно-психологический анализ возможностей автоматизации дешифровочного процесса...........................359
3. Психологическая характеристика работы оператора РЛС . . 361
Некоторые вопросы развития военной инженерной психологии в США . 381
Заключение...................................................394
К ЧИТАТЕЛЯМ!
Просим присылать свои отзывы об этой книге по адресу: Москва, К-160, Военное издательство.
ВОЕННАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПСИХОЛОГИЯ
Редактор Г. Н. Агеев
Технический редактор Е. Н. Слепцова
Корректор С. Н. Штынова
Г-72020. Сдано в набор 4,2,69. Подписано к печати 11,2,70.
Формат 60х9Э]/]6. Печ л. 25. (Усл, печ. л, 25).
Уч.-изд. л. 24,559. Бумага типографская № 1.
Тираж 20.000 экз. Изд. № 1/9008, Заказ № 1987, Цена 1 р. 70 к.
Ордена Трудового Красного Знамени
Военное издательство Министерства обороны СССР. Москва, К-160
Саратов. Типография издательства «Коммунист»
В63 Военная инженерная психология. Коллектив авторов. М., Воениздат, 1970.
400 с. 20 000 экз. 1 р. 70 к.
Революция в военном деле вызвала к жизни новую отрасль психологии — военно-инженерную психологию, науку о взаимодействии че. ловека и машины в сложных системах управления.
Предлагаемая читателю книга представляет собой, по существу, первое исследование основных проблем современной военно-инженерной психологии, таких, как психологическая структура деятельности воина-оператора, прием, хранение и переработка им информации; моторная и мыслительная деятельность воина, работающего на технике, и т. д. Рассматриваются также специальные проблемы военно-инженерной психологии: моделирование некоторых психофизиологических функций человека, основы психофизиологической классификации военной деятельности, психологический отбор военных специалистов и т д. В книге представлены и отраслевые направления военно-инженерной психо-логии, отражающие специфику отдельных видов Вооруженных Сил и родов войск. Книга рассчитана на широкий круг читателей: командиров, политработников, военных инженеров, врачей. Она будет полезной для всех, кто связан с обучением и воспитанием специалистов различных отраслей техники.
9-69