Главная
Логика и методология
К проблеме учета человеческих факторов при проектировании

К проблеме учета человеческих факторов при проектировании

Ю.Ф. Гущин, В. Я. Дубровский, Л. П. Щедровицкий

Развитие техники привело к созданию настолько совершенных машин, что значительная часть сбоев в работе систем стала происходить по «вине» человека. Возрастающая эффективность технических средств поставила перед человеком-оператором сложнейшие задачи, часто превышающие его возможности. Так возникла необходимость учета человеческих факторов при проектировании новой техники.

Новая техника слишком сложна, чтобы человеческие факторы могли учитываться на уровне здравого смысла. Она развивается слишком быстро, чтобы накопление опыта проб и ошибок было эффективно. Так возникла проблема учета человеческих факторов при проектировании.

Проблема учета человеческих факторов в момент своего возникновения стояла иначе, чем она стоит в настоящее время. Ее формулировка в будущем, по-видимому, будет иной, чем сейчас. Это означает, что анализ рассматриваемой проблемы должен быть историческим.

Проблема учета человеческих факторов возникла в рамках технического системного проектирования (системотехники).

Системотехническое проектирование создавало проекты как функционирования и обслуживания, так и производства изделия, т. е. оно объединило и ассимилировало требования сфер производства и потребления (в том смысле, что процессы функционирования и производства стали в идеале полностью задаваться на стадии проектирования). Этот процесс рефлексивного или отображающего поглощения проектированием остальных сфер инженерии закончился рефлексивным замыканием проектирования на себя: стали проектироваться не только функционирование системы и ее производство, но также и сами стадии проектирования (Гуд и Макол, 1957; Гослинг, 1962; Уилсон, 1965). Иными словами, предметом проектирования становится весь жизненный цикл технической системы, включающий фазы проектирования, изготовления, эксплуатации и обслуживания.

Сбои в работе систем и аварии, происходящие из-за ошибок человека, а также внутренние затруднения системотехнического проектирования привели к тому, что человек стал рассматриваться вначале как элемент среды и как фактор среды проектируемой системы. Рассмотрим вкратце эти понятия.

Специфическим типом предмета системотехнического проектирования является поточная система. Поточная система включает поток субстанции и преобразователь, через который этот поток протекает. Субстанция характеризуется формой (системой параметров) и материалом. Преобразователь характеризуется передаточной функцией, определенной в пространстве параметров субстанции.

Системы различаются видом протекающих субстанций (вещество, энергия, информация), характеризующими субстанцию параметрами и осуществляемыми преобразованиями субстанции.

Понятие потока предполагает наличие определенных точек, в которых поток втекает в преобразователь и вытекает из него. Эти точки назовем соответственно входными и выходными полюсами системы. Через систему могут протекать несколько потоков, и она может иметь различное число полюсов. Состояние потока при прохождении входного полюса является входом системы; состояние потока при прохождении выходного полюса — выходом системы.

Поточная система состоит из компонентов — поточных систем, связанных путем отождествления входных полюсов, одних компонентов с выходными полюсами других компонентов.

«Поточная система» является характеристикой типа функционирования объекта.

Элементами среды проектируемой системы являются поточные системы, имеющие с проектируемой общие входные или выходные полюса.

Объект, функционирующий как поточная система, включен также в систему так называемых ассоциативных связей (Гослинг, 1962). Эти связи не определяют функционирование поточной системы, однако через них осуществляется влияние среды на это функционирование. Сама система также оказывает влияние на среду.

Учет характеристик элементов среды и факторов среды (характеристик среды, связанных с взаимовлиянием среды и» проектируемой системы) является существенным этапом проектирования («внешнее» проектирование).

Вначале постановка проблемы учета человеческих факторов определялась идеологией технического проектирования. Объектом проектирования была «машина» и человек мог рассматриваться лишь как элемент среды или как ее фактор.

При рассмотрении человека как элемента среды системотехников, естественно, интересовали психофизиологические характеристики его входов (рецепторов) и выходов (эффекторов). Эти характеристики учитывались при построении соответственно выходов (элементов индикации) и входов (элементов управления) технической системы. Именно в этот период специалисты по человеческим факторам унизительно именовались «кнопочниками».

При рассмотрении человека как фактора среды учитывались антропометрические характеристики, условия комфортности и т. п. Эти характеристики учитывались при эргономическом конструировании рабочего места оператора.

Таким образом, проблема учета человеческих факторов формулировалась как проблема конструирования элементов индикации и управления с учетом психофизиологических характеристик человека и как проблема эргономического конструирования рабочего места оператора.

Со временем постановка проблемы изменилась. Это было обусловлено развитием системотехнического проектирования, связанным с преодолением принципиального противоречия, с самого начала возникшего в системотехнике.

Указанное противоречие может быть выявлено при анализе работ по системотехнике. С одной стороны, существует четкое понимание того, что целостность проектируемой системы определяется целью (или назначением) системы. В состав системы должны входить все образования, имеющие отношение к реализации цели. Очевидно, что в соответствии с этим: определением человека следует рассматривать как часть системы.

В сфере технической идеологии выявились две точки зрения в отношении способа преодоления указанного противоречия.

Первая точка зрения была связана с «кибернетическим бумом». Она состояла в том, что человека следует заменить автоматическими устройствами и тем самым избавиться от рассмотрения человека как части системы, связанной с ее назначением, закрепив за человеком статус элемента (фактора) среды.

После второй мировой войны исключительно интенсивно шли работы по созданию полностью автоматизированных систем. Однако опыт 15-летних работ принес много разочарований и заставил сменить общую ориентацию и задачи исследования. Полностью автоматизированные системы, там, где их удавалось создать на уровне теории или практических реализаций, по многим параметрам уступали смешанным системам, включавшим человека. Поэтому разработка смешанных систем, проводившаяся все время параллельно разработке полностью автоматизированных систем, стала главной. Человека стали рассматривать как важный составной элемент информационных и управляющих систем.

В связи с этим на первый план вышла вторая точка зрения, соответствующая более реалистической позиции, что человек «пока» не всегда может быть заменен автоматическими устройствами и должен рассматриваться при проектировании как часть системы. Когда со временем было осознано, что человек в принципе не может быть полностью вытеснен автоматическими устройствами, второй путь стал единственно возможным.

Включение человека в проектируемую системы означало рассмотрение его как компонента системы.

Представление объектов в виде системы компонентов является специфическим для системного проектирования. Компонент всегда является единицей системы, т. е. такой ее частью, которая обладает функциональной спецификой целого (например, функциональной единицей управляющей системы является следящая система, а для электрической цепи такой единицей служит четырехполюсник). Компоненты характеризуются свойствами трех типов. Первый тип свойств— свойства назначения. Это — функциональные свойства компонента, ради которых он включается в систему (в системотехнике — это «передаточные» свойства компонента информационной системы). Свойства второго типа — побочные свойства — связаны с внутренней природой объекта — компонента и возмущающими воздействиями на функционирование компонента в системе со стороны других компонентов системы и ее среды. (Например, побочным свойством контактного переключателя является излучение электромагнитного поля при включении и выключении. Это электромагнитное поле влияет на работу катушки индуктивности на входе усилителя, побочным свойством которой является чувствительность к внешним электромагнитным полям.) Степень обусловленных побочными свойствами возмущающих влияний на функционирование компонента в системе характеризуется такими (связанными с эффективностью системы) свойствами, как точность, надежность, помехоустойчивость и т. п. Это третий тип свойств компонентов — рабочие характеристики. При выборе компонентов принимают во внимание все три типа свойств.

При подходе к человеку как компоненту системы проблема человеческих факторов состояла в учете соответствующих свойств человека на этапе функционального конструирования системы. Тем самым постановка проблемы учета человеческих факторов стала иной.

Вполне естественно, что на первых порах конструкторы и исследователи подходили к человеку с теми же самыми средствами и методами, с какими они раньше подходили к машинным компонентам системы. Это не значит, что они не понимали специфической природы человека. Эта специфика учитывалась и фиксировалась, но преимущественно в предисловиях, во введениях и послесловиях; в практике же проектирования человек неизбежно сводился к обычному машинному элементу, о нем говорили как о канале связи, блоке переработки информации, передаточной функции и т. п. Такой путь был естественным и неизбежным, ибо ни инженеры, ни исследователи не имели иных средств описания человека для решения задач проектирования.

Один из первых шагов в направлении рассмотрения человека как компонента системы был сделан в 1945 г. К. Крей-ком. Фактически в его работе «Человек-оператор в системах управления» была задана план-карта исследования человека как компонента системы управления, определившая направление исследований на многие годы.

В указанной статье в соответствии с разложением управляющей системы в теории автоматического регулирования на единицы — следящие системы — Крейк рассматривает человека как такую единицу. Основываясь на психологическиданных, Крейк представляет человека как специфическую следящую систему. Далее Крейк включает человека как элемент в объемлющую единицу — систему управления. Такое рассмотрение позволяет ему осуществить развертывание модели человека-оператора. Возможность подобного представления Крейк обосновывает указанием на известные ему факты из физиологии движений и нейрофизиологии. Модель человека как элемента системы конструировалась из элементов онтологии теории автоматического управления, в то время как эмпирический материал был заимствован из биологии и психофизиологии.

На основании построенной структурной модели объекта Крейку удалось сформулировать практически полный набор исследовательских задач и способы их решения и таким образом сформировать новый предмет исследования человека,, который впоследствии вошел как существенная часть в область исследований человеческих факторов.

Рассматривая человека как компонент системы, Крейк„ в частности, поставил задачу, которая потом была сформулирована в виде задачи распределения функций,— задачу выбора между человеком и машиной как компонентами системы. При этом Крейк предлагал описывать человеческие функции в математических терминах и понятиях, используемых при описании функций машин.

Помимо описаний функций оператора проводились и проводятся исследования побочных свойств человека и связанных с ними возмущающих воздействий на его функционирование в системе. Кроме того, исследовались влияния различных условий на рабочие характеристики человека и способы улучшения рабочих характеристик оператора.

В новой постановке проблема учета человеческих факторов может быть сформулирована как проблема системотехнического проектирования системы «человек-машина» и обеспечения оптимальных условий работы оператора как компонента системы. Следует заметить, что конструирование элементов индикации и управления, а также эргономическое конструирование рабочего места могут рассматриваться в контексте обеспечения оптимальных условий работы оператора как компонента системы.

Со временем было обнаружено, что «всякий раз, когда мы можем свести человеческую функцию к математической формуле, мы можем обычно построить и машину, которая выполнит эту функцию более эффективно. Другими словами, как только человек становится сравнимым с машиной, мы больше не нуждаемся в нем, поскольку он может быть заменен машиной» (Джордан, 1963). А это означает, что задача описания человека в «машинных» языках не приближает нас к цели.

Когда выяснилась неадекватность «машинных», языков для описания функционирования человека в системе, выбор человека или машины как компонентов системы уже не мог производиться в рамках системотехнического проектирования.

Хотя изучение человека как компонента систем проводилось в рамках системотехники, к участию в нем были привлечены представители различных наук о человеке. Именно благодаря привлечению средств и понятий этих наук, в особенности психологии, были сделаны первые шаги по преодолению затруднении, связанных с неадекватностью «машинных» языков.

При описании функционирования людей и машин в автоматизированных системах с целью их сравнения стали употребляться традиционные психологические понятия, такие, как восприятие, мышление, память, способность и т. п., а сама задача распределения функций выделилась в самостоятельный этап проектирования. Тем самым проектирование перестало быть системотехническим.

Человек по-прежнему рассматривался как компонент системы, однако контекст этого рассмотрения сменился. Проблема человеческих факторов вышла за рамки системотехнического проектирования и стала формулироваться как проблема инженерно-психологического проектирования.

Впервые задача распределения функций между человеком и машиной на основе сравнения их преимуществ и недостатков была сформулирована Фитсом в 1951 г. Фите предложил перечень, устанавливающий сравнительные преимущества и недостатки человека и машины при выполнении некоторых типов функций. Предполагалось, что проектировщик системы может распределить функции путем сопоставления рядов функций, приведенных в таблице. Дальнейшие разработки предполагали уточнение и расширение этой таблицы. Перечень Фитса был скорее эвристическим, чем методическим средством.

Последующее развитие идей, направленных на решение проблемы распределения функций, связано с проникновением в сознание инженеров-психологов идеологии системного проектирования. Прежде всего рассмотрение человека как компонента системы поставило инженеров-психологов перед необходимостью учета побочных свойств человека и количественного описания таких его свойств, как точность, надежность и т. п. Существенно то, что большинство этих описаний выходило за рамки машинных языков.

Диапазон побочных свойств человека весьма обширен. Факторами, влияющими на функционирование человека в системе, являются как физические условия работы, так и психологические, социальные, экономические и другие факторы. Необходимость учета всех этих факторов пря включении человека в систему была четко осознана (см., например: Синейко и Бакли, 1957; Фитс, 1962; Джордан, 1963; Чапанис, 1965; Коркиндейл, 1967; Уитфилд, 1967). В связи с этим возникла необходимость в новых способах решения проблемы включения человека в систему.

В качестве следующего момента следует указать на осознание необходимости поисков оптимальных решений проблемы в связи со специфическим для системного проектирования требованием оптимальности.

Отсутствие единого языка для описания людей и машин в системе определило стратегии решения задачи оптимального распределения функций в практике системного проектирования. В соответствии с «машинной» «гуманной» идеологиями проектировщиков наметились две прямо противоположные стратегии. Первая заключалась в оптимальном решении машинной части системы. В отношении же человека принимались лишь допустимые решения. «Гуманная» стратегия состояла в обеспечении оптимальных психофизиологических условий деятельности человека-оператора. Для этого и привлекались технические устройства. Другой вариант этой стратегии заключался в назначении человеку тех функций, которые он предпочитает выполнять. Дальнейшее развитие идей, связанных с проблемой распределения функций, идет двумя путями. Первый путь — это путь «экспансии» машинной стратегии, обусловленный yпoмянутым ранее проникновением в инженерную психологию системотехнической идеологии и системотехнических средств (в частности, исследования операций). Результатом явилась формулировка проблемы распределения функций как задачи оптимального назначения функций людям и машинам в| исследовании операций (Фите, 1963; Чапанис, 1965; Коркиндейл, 1967). Такая формулировка приводит: 1) к необходимости единого оперативного языка для описания функционирования людей и машин в системе и 2) к постановке проблемы системных критериев оптимальности. Заметим, что ни одна из этих проблем до сих пор не решена.

Вторая линия связана с осознанием особенностей функционирования человека в системе. Эта линия привела к отрицанию проблемы распределения функций между людьми и машинами. Развитие идей этого направления обусловлено следующим важным обстоятельством. Возникающие при решении задачи распределения функций затруднения привели (в соответствии с рефлексивным замыканием системного проектирования) к рассмотрению инженерами-психологами самого процесса проектирования, его этапов и места задачи распределения функций среди них. В связи с этим каждое предложение относительно способа включения человека в) систему получало методологическую оценку с точки зрения его эффективности в проектировании.

Такой оценке прежде всего подверглись задача распределения в фитсовской формулировке 1951 г. и сравнение человека и машины, как способ ее решения. Так, Синейко и Бакли (1957), указав на неэффективность сравнения человека и машины, предложили принцип компенсационной дополнительности людей и машин. Джордан в блестящей статья (1963), отвергая сравнимость человека и машины, фактически отвергает и выбор между человеком и машиной, а тем самым и саму проблему распределения или назначения функций: «Вместо того, чтобы сравнивать человека с машиной с целью выбора машины или человека для лучшего решения задач, следует подумать над тем, как дополнить людей машинами и наоборот, чтобы решить эти задачи. Такой путь рассуждения ведет к иному подходу к проблеме. Термин «распределение задач между людьми и машинами» становится бессмысленным. Важнее сосредоточить внимание на решение задачи, которая может быть выполнена людьми совместно с машинами». При этом машины, по Джордану, являются средствами человеческой деятельности. Человек ставится в особое, по сравнению с машиной, положение. Эта точка зрения заостряется У. Т. Синглтоном (1967) рассмотрением человека как прототипа системы «человек-машина». Таким образом, человек сопоставляется, или сравнивается, уже не с машиной, а со всей системой в целом. Человека начинают рассматривать как главный компонент системы — «ключевой оператор». Такое рассмотрение приводит к иной формулировке проблемы включения человека в систему: «Действительная задача проектирования состоит не в том, чтобы распределить функции между человеком и машиной, а в том, чтобы перепоручить машине функции человека» (Синглтон, 1967).

Итак, человек теперь уже не просто компонент системы, он главный компонент системы. И хотя такому рассмотрению человека должна соответствовать иная постановка проблемы «учета человеческих факторов» и иная логика проектирования, практика инженерно-психологического проектирования по существу осталась прежней.

Для современного инженерно-психологического проектирования характерно рассмотрение человека как компонента системы — пусть главного и особого, но все же компонента. Такое рассмотрение, на наш взгляд, является неправомерным.

Поиски решения задачи распределения функций оказались плодотворными в том смысле, что были получены ценные данные об особенностях функционирования человека в системах.

На наш взгляд, основные специфические моменты функционирования человека в системах состоят в следующем.

Человек является рефлексивным элементом системы. Эта рефлексивность проявляется, в частности, в том, что объект управления или вся система в целом вместе с человеком могут быть отображены в сознании человека. И характер этого отображения определяющее влияет на его функционирование в системе.
Цель системы является содержанием сознания человека-оператора (во всяком случае, так называемого «ключевого» оператора, если воспользоваться выражением Синглтона).

Эта цель рефлексивно Определяет целостность функционирования человека в системе.

Человек является рефлексивным элементом системы. Эта рефлексивность проявляется, в частности, в том, что объект управления или вся система в целом вместе с человеком могут быть отображены в сознании человека. И характер этого отображения определяющее влияет на его функционирование в системе.
Цель системы является содержанием сознания человека-оператора (во всяком случае, так называемого «ключевого» оператора, если воспользоваться выражением Синглтона).

Эта цель рефлексивно Определяет целостность функционирования человека в системе.

3. Способ достижения цели человеком социально нормирован, т. е. человека нельзя рассматривать вне связи с культурой.

Именно с этими специфическими моментами функционирования человека в системе связана квалификация его функционирования как деятельности. Эта специфика человека не позволяет рассматривать его как поточную систему.

Возникает новое противоречие: человек, являясь частью поточной системы, должен быть представлен как ее компонент, т. е. как поточная система; в то же время такое представление не соответствует специфике функционирования человека в системе. Из этого противоречия можно выйти, предположив, что с включением человека проектируемая система приобретает такие специфические черты, которые не позволяют рассматривать систему как поточную и делают ее системой иного типа. Учитывая квалификацию функционирования человека в системе как деятельности и воспользовавшись идеей «человек — прототип системы», мы можем сделать вывод о том, что новые системы являются системами деятельности.

Проведенный нами анализ позволяет выдвинуть следующие принципиальные методологические положения.

Включение человека в информационно-управляющую систему независимо от того, на что рассчитывал и на что надеялся проектировщик, превращает эту систему в объект принципиально иного типа, который уже не может быть представлен в виде «поточной» системы; этот объект — система человеческой деятельности.
В системах человеческой деятельности машины с их функционированием не являются и не могут быть проектировочными компонентами.

Хотя эти положения были получены из анализа весьма сложных абстрактных построений, они могут быть пояснены простыми и наглядными рассуждениями.

Когда проектировщик берет в качестве одного из материальных элементов, в которых реализуется система, человека, то он предполагает, что последний будет функционировать в системе по ее внутренним законам и при этом вступит в материальное взаимодействие с Другими элементами — машинами; так получается представление о системе «человек-машина». Но человек, как правило, несмотря на все старания и ухищрения проектировщика, начинает не функционировать в системе, а действовать с системой или ее фрагментами. Это значит, что он включается в более широкие системы деятельности, определяет цель и смысл своих частных действий по отношению к ним, он подключает в данную систему весь мир доступной ему культуры, он ассимилирует любые объекты, в том числе и данную ему систему, превращая их в материал своей деятельности, он многократно отображает объект в разных системах своего сознания и действует с ним по логике этих отображений. Все это происходит потому, что человеку, попросту говоря, очень трудно функционировать в качестве машины, он умеет лишь действовать.

Благодаря специфическим особенностям деятельности, машины с их функционированием перестают быть компонентами системы, лежащими на одном уровне с человеком и его деятельностью, а как бы опускаются на один уровень иерархии ниже. Между деятельностью человека и функционированием машины устанавливается отношение «наложения» одного на другое. Системы деятельности не взаимодействуют с системами машинного функционирования, они не входят, наряду с системами функционирования машин, внутрь более широких систем функционирования технических устройств. Системы человеческой деятельности «налагаются» на машины, ассимилируют их и затем живут и осуществляются за их счет. Короче говоря, не машины и технические системы используют людей и их деятельность в качестве средств, а, наоборот, человеческая деятельность и люди используют машины и их функционирование в качестве своих, средств и своего материала. Не людей мы должны рассматривать в качестве элементов технических систем, а машины в качестве материала (не компонентов или элементов, а именно материала) в системах человеческой деятельности.

Специфика системы деятельности как объекта проектирования предполагает существенно иную логику и иные средства проектирования по сравнению с системотехническим проектированием. Однако современное проектирование, имея фактически дело с системами деятельности, пользуется старыми средствами и неадекватным модельным представлением деятельности как поточной системы. Это несоответствие средств новому типу объекта характерно для современного состояния проектирования, системного по объекту и системотехнического по средствам.

Возникающие в практике проектирования затруднения, связанные с этим несоответствием, частично преодолеваются за счет методической работы. В настоящее время эта работа ведется в двух направлениях. Первое направление организует знания в форме конструктивных принципов и методических предписаний. Методическое предписание для решения некоторой практической задачи строится в соответствии с положительным опытом решения этой конкретной задачи. Именно опыт является единственным основанием для рекомендации соответствующих приемов проектирования.

Однако в условиях проектирования новых уникальных систем перед проектировщиком встают задачи такого типа, для которых в прошлом не было прецедентов решений и, следовательно, опыт не может служить источником методических предписаний. В этом случае методические предписания могли бы строиться на основании теоретических знаний из многих научных областей: теории систем, теории проектирования педагогической теории, теории - деятельности, психологии и др. Однако в настоящее время наука не располагает знаниями,, достаточными для решения этой задачи.

С точки зрения существующих задач проектирования более эффективным является другой тип методических знаний— методические принципы.

Методические принципы в отличие от методических предписаний не указывают проектировщику перечень действий, приводящих его к решению. Однако они позволяют избегать многих ошибок и, являясь общим руководством для осуществления определенных шагов проектирования, позволяют существенно улучшить проектные решения.

Методические принципы формулируются на основе осознания отрицательного опыта решения задач инженерно-психологического проектирования. Их назначение состоит в том, чтобы предупредить возникновение ошибочных решений в будущем. Для этого необходимо выяснить, на каком шаге инженерно-психологического проектирования было принято неверное решение. Иными словами, необходимо указать на соответствующую часть проектировочной процедуры. В связи с тем, что как правильное, так и неправильное решения могут быть рассмотрены, как осуществление различных возможных вариантов решений, должны быть указаны как вариативный элемент процедуры, так и область его вариации. Наконец, необходимо указать на тот вариант (или варианты), который обеспечивает правильное решение.

Так как методические принципы должны гарантировать успех их применения в проектировании, а соответствующий положительный опыт применения отсутствует, методические принципы должны специально обосновываться. Это обоснование предполагает апелляцию к специфике объекта проектирования — системе деятельности, поскольку возникающие затруднения являются проявлением указанного несоответствия средств типу объекта в современном системном проектировании.

Все это означает, что в настоящее время формулировка проблемы человеческих факторов должна включать два основных пункта: 1) учет характеристик человека и системы-деятельности при инженерно-психологическом проектировании систем «человек-машина», 2) проведение методической работы для обеспечения этого проектирования.

Помимо методической работы в связи с рассогласованием средств и типа объекта системного проектирования в инженерной психологии встает принципиальная собственно методологическая проблема построения новых средств проектирования соответствующих системе деятельности, как новому типу объекта проектирования. Это предполагает, в частности, построение теории систем деятельности.

С решением проблемы средств проектирования систем деятельности постановка проблемы человеческих факторов должна измениться. Проблема учета человеческих факторов перестанет быть частной проблемой в системном проектировании: все факторы при осуществлении проектирования систем деятельности — факторы человека. Проблема учета человеческих факторов совпадет с проблемой системного проектирования как проектирования систем деятельности. Способ системного проектирования и будет способом учета факторов человека.

«Психологические исследования», выпуск 2. – М.:, МГУ, 1970