Автоматизация процессов управления уходитсвоими корнями в глубокое прошлое. Собственно, применение ЭВМ в качестве «управляющего органа» началось практически сразу, как только появилась техническая возможность сопрягать их с объектами, подлежащими управлению. ЭВМ, включенные в контур управления, должны были синхронизировать свои действия с управляемыми объектами, работающими в реальном времени. Такие системы стали называть «системами реального времени» (СРВ). « Система реального времени– это аппаратно-программный комплекс, реагирующий в течение предсказуемого времени на непредсказуемыйпоток внешних событий». Данное определение требует некоторых пояснений. Во-первых, перечень типов событий, на которые должна реагировать система, как правило,определяется на этапе ее создания, только неизвестна последовательность этих событий и моменты их возникновения.
Во-вторых, система должна успеть отреагировать на произошедшее событие в течение времени, критичного для этого события (точнее, для управляемого объекта), и это время должно быть предсказано (вычислено) при создании системы. Отсутствие реакции в течение заданного (или допустимого) интервала считается ошибкой.
|
|
В-третьих, поскольку на управляемых объектах могут происходить два или более событий одновременно, должна быть задана приоритетность каждого из них с точки зрения целевого предназначения системы. Различают СРВ двух типов:
• жесткого реального времени;
• мягкого реального времени.
Для систем жесткого реального времени недопустима задержка реакции, ни при каких условиях, поскольку это может привести либо к катастрофическим последствиям, либо к тяжелым экономическим потерям. К таким системам относятся, в частности, бортовые системы управления, системы военного назначения, системы аварийной защиты (например, на атомных электростанциях) и некоторые другие.
Для систем мягкого реального времени задержка менее критична, хотя и может привести к снижению качества управления. Например, задержка в оформлении авиабилетов за 10 минут до вылета вряд ли приведет к человеческим жертвам, но определенным образом повлияет на работу аэропорта.
Особый класс СРВ составляют так называемые системы диспетчерского управления (или человеко-машинные системы - ЧМС), в которых одним из обязательных звеньев управления (а иногда и главным) является человек (диспетчер, оператор, или лицо, принимающее решение - ЛПР). Качество работы такой системы в значительной степени определяется тем, насколько адекватно воспринимает оператор поступающую информацию и насколько своевременно он на нее реагирует. При достаточном уровне подготовленности персонала основным фактором, влияющим на работу оператора, является качество организации его взаимодействия с системой, то есть ее интерфейс. Но даже в случае принятия правильного решения оператор может допустить так называемую функциональную ошибку (нажать не ту клавишу, выбрать не ту команду) и т.д. Опасность функциональных ошибок существенно возрастает в стрессовых ситуациях. Например, опыт американских военных летчиков показывает, что в условиях ведения боевых действий оказывается неэффективным использование меню.
|
|
В таблице 8.1. приведены численные значения вероятностей различных типов функциональных ошибок. Если решаемая оператором задача требует выполнения цепочки операций, вероятности возможных ошибок складываются, суммарное значение вероятности ошибки, превышающее 0,03, считается критическим.
Другими словами, качество работы СРВ зависит от формы представления информации о текущей ситуации в системе и от доступных оператору средств воздействия на исполнительные компоненты системы.
Таблица 8.1 – Вероятности различных типов функциональных ошибок
Операция | Вероятность ошибки |
Актуализация из памяти или запоминание значения параметра | 0,0005 |
Мысленный выбор одной из двух альтернатив | 0,0005 |
Мысленное сравнение ситуации с типовой, требующей определенного действия | 0,0010 |
Чтение (1-3 слова) | 0,0010 |
Ввод текста (1-3 слова) | 0,0020 |
Восприятие символа (знака, транспаранта) | 0,0040 |
Восприятие сообщения | 0,0020 |
Восприятие показаний стрелочного индикатора | 0,0070 |
Восприятие показаний цифрового индикатора | 0,0020 |
Нажатие клавиши на клавиатуре | 0,0050 |
Двойной щелчок мышью | 0,0030 |
Выбор элемента на экране | 0,0050 |
Таким образом, при разработке пользовательского интерфейса СРВ основное внимание должно быть уделено следующим вопросам:
· детальному проектированию сценария диалога с целью выбора оптимальных маршрутов перемещения оператора по дереву диалога, а также предотвращения ситуаций, которые могут потребовать перезапуска системы;
· реализации средств динамического изменения структуры диалога в зависимости от текущей ситуации, складывающейся в системе;
· тщательному выбору визуальныхатрибутов отображаемой информации, в том числе выбору средств привлечения внимания пользователя(оператора).
При этом должны обеспечиваться свойстваестественности интерфейса СРВ. Имеется в виду следующее. Во многих системах управления технологическими процессами за годы их существования была сформирована оптимальная структура средств индикации иконтроля, а также соответствующая ей система условных обозначений, используемая на операторских пультах. При создании рабочих мест операторов учитывались результаты весьма глубоких эргономических исследований. Поэтому при проектировании интерфейса автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе ПЭВМ целесообразно сохранитьосновную схему визуализации процессов, протекающих в данной системе управления.
Такой подход позволяет использовать при работе оператора не только визуальные, но и другие (в первую очередь – звуковые) средства индикации и привлечения внимания.
Прием визуальной информации содержит ряд элементарных процессов: обнаружение, различение, опознание и декодирование. На выполнение этих процессов основное влияние оказывают следующие характеристики зрения оператора:
• яркостные;
• пространственные;
• временные;
• цветового восприятия.
Все они в значительной степени зависят от размеров и свойств излучения объектов, отображаемых на экране.
Яркостные характеристики определяют размер зоны видения светящегося объекта, а также скорость и безошибочность обработки светящейся информации.
|
|
Зрительное восприятие светящегося объекта возможно в диапазоне яркостей 106 …105 кандел/м2. Яркость светящегося объекта может быть рассчитана по формуле
где К – степень ослепления (при К= 1...2 оператор испытывает дискомфорт, а при К = 3...8 – болевые ощущения);
а – угловой размер светящегося объекта (измеряется в градусах).
Яркость, превышающая 15·106, является слепящей.
Для обеспечения длительной зрительной работоспособности оператора яркость наблюдаемых на экране объектов не должна превышать 64 кд/м2, при этом перепад яркостей в поле зрения оператора должен быть не более 1:100. Наивысшая быстрота различения сложных объектов достигается при яркости 3·103кд/м2.
Необходимо также учитывать, что требуемая острота зрения при восприятии светлых объектов в 3-4 раза ниже чем, для темных, светлые объекты на темном фоне обнаруживаются легче, чем темные на светлом.
При решении практических задач необходимо учитывать следующие положения:
• основную информацию об объекте несет его контур, время различия и опознания контура объекта увеличивается с увеличением его сложности;
• при различии сложных контуров безошибочность выше, чем при различии простых;
• решающее значение в восприятии формы объектов имеет соотношение «фигура/фон»;
• минимальный размер объекта должен выбираться длязаданных уровней контраста и яркости, уменьшение значений этих параметров требует увеличения угловых размеров объекта;
• для повышения вероятности различия от 0,5 до 0,98 требуется увеличение угловых размеров для простых фигур на 20...25%, а для знаков типа букв и цифр – в два раза;
• для различия положения фигуры относительно вертикальной или горизонтальной оси пороговая величина обнаружения должна быть увеличена в 3 раза (порог обнаружения темного объекта на светлом фоне составляет 1 угловую секунду).
При наличии на экране движущихся объектов следует учитывать ряд дополнительных факторов. Например, при перемещении точечного объекта со скоростью 0,25 градус/с его непрерывное движение воспринимается как дискретное, при скорости 0,25...4 градус/с – как непрерывное, а при скорости более 4 градус/с изображение сливается в сплошную полосу.
|
|
Полезно также помнить о том, что существует три вида кажущегося движения:
• восприятие перемещения сигнала из одного положения в другое при последовательном предъявлении двух идентичных сигналов от различных объектов;
• кажущееся изменение размеров объекта при последовательном появлении двух объектов, имеющих идентичные контуры;
• кажущееся изменение размеров объекта при изменении яркости самого объекта или фона.
Временные характеристики зрительного восприятия светящегося объекта формируется у человека-оператора с некоторой задержкой по отношению к началу действия зрительного раздражителя и его прекращению, что обусловливает ряд особенностей функционирования зрительного анализатора. Эти особенности проявляются как при восприятии одиночных световых сигналов, так и их последовательности. Знание временных характеристик зрения позволяет обоснованно выбирать время экспозиции сигналов для обеспечения их минимальной различимости. Основные временные характеристики зрительного восприятия приведены в таблице 8.2.