Инженерно-психологическое и эргономическое проектирование интерфейса "человек-машина" и рабочей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инженерно-психологическое и эргономическое проектирование интерфейса "человек-машина" и рабочей среды



Содержание

Введение

1. Системный подход, особенности его применения при проектировании информационных моделей и сред

2. Проектирование средств отображения информации

3. Проектирование органов управления

4. Организация рабочего места оператора

5. Проектирование пользовательских интерфейсов

6. Системы виртуальной реальности

7. Юзабилити



Введение

Процедура учета при проектировании эргатических систем требований, вытекающих из анатомо-физиологических особенностей человека-оператора и особенностей его психической и социальной организации, называется инженерно-психологическим проектированием. Это одна из форм проектирования, осуществляемая методами инженерной психологии.

В фокусе методологии инженерно-психологического проектирования можно выделить три основных направления: системотехническое, социотехническое и собственно инженерно-психологическое.

В первом случае сугубо технический подход превалирует над гуманитарным. Согласно системотехнической точке зрения, машинное функционирование, индивидуальная деятельность человека и деятельность коллектива людей могут быть адекватно описаны с помощью одних и тех же методов. Проект деятельности оператора для них, как правило, полностью исчерпывается описанием алгоритма его работы, с указанием на специфику человеческого компонента.

В социотехническом проектировании объектом проектирования становится групповая деятельность. Поэтому он неизбежно ориентируется на социальную проблематику. Объектная же область инженерно-психологического проектирования ограничивается индивидуальными аспектами деятельности.

Инженерно-психологическое проектирование представляет собой промежуточный вариант между системотехническим и социотехническим проектированием. Разделяется на аналитический и синтетический этапы. На первом этапе вырабатываются требования к СЧМ, а на втором - элементы системы интегрируются в целое.

Эргономическое проектирование по своей сути является расширенным вариантом инженерно-психологического проектирования. Специфическая функция эргономического проектирования - придание проектируемой человеко-машинной системе эргономических свойств, повышающих эффективность деятельности человека и функционирования системы.



1. Системный подход, особенности его применения при проектировании информационных моделей и сред

Человек всегда выступает в виде единой системы, включенной во все многообразие предметно-материальных, социальных и субъективных отношений, каждое из которых может играть решающую роль в формировании его поведения, реакций, отношений и в итоге - на эффективность деятельности. Это определяет сложность рассмотрения человека как элемента СЧМ.

Практический синтез человеко-машинных систем осуществляется большей частью на интуитивном уровне и зависит от возможностей проектировщика найти приемлемый компромисс, обеспечивающий эффективное межсистемное взаимодействие всех уровней функционирования оператора в системе. Большую роль играют эрудиция и практический опыт конструктора в области создания аналогичных систем.

Системный подход является скорее научно-философским методологическим принципом анализа сложных систем, позволяющим систематизировать знания о человеке, чем процедурой проектирования. В настоящее время существуют только процедуры системного анализа - расщепления сложной системы на элементы, обратная же задача - системный анализ - во многом не определена. Известен лишь общеметодологический принцип, заключающийся в изучении:

Ш законов образования целого;

Ш законов строения целого;

Ш законов функционирования целого;

Ш законов развития целого;

Ш отношений явления (системы) с родовой системой;

Ш отношений явления (системы) с другими системами;

Ш взаимодействия явления (системы) с внешним миром и т.д.

Системное рассмотрение предполагает выделение в анализируемом объекте "функций", направленных на получение определенного результата, "структуры" - единства компонентов, элементов системы, "целей" - вида достигаемого результата.

2. Проектирование средств отображения информации

Для восприятия и обобщения информации оператору необходимы технические устройства, называемые средствами отображения информации. Различают в зависимости от органов восприятия визуальные, слуховые, тактильные и другие средства отображения.

Наибольшую роль и нагрузку в деятельности несут визуальные средства отображения, к которым относятся дисплеи. Различают механические дисплеи - цифровые счетчики, дисплеи с неподвижной шкалой и движущейся стрелкой и картинные дисплеи - видеодисплеи, голографические дисплеи, как цветные, так черно-белые.

Важную роль при их проектировании играют вид предъявляемой информации, методы и формы кодирования и пространственного расположения. отображение управление оператор виртуальный

При цветовом кодировании необходимо учитывать эмоциональную значимость цвета, что часто применяют при передаче сигналов об опасности. Так, по международному стандарту сигналами опасности являются теплые тона, безопасности - холодные.

Цветовой код может быть полезен в случаях:

ь если дисплей не разграфлен;

ь высока плотность символов;

ь оператор вынужден отыскивать информацию в большом массиве данных.

Цветом лучше кодировать целые слова или фон, чем символы или отдельные знаки.

Поскольку периферия сетчатки глаза не чувствительна к зеленому и красному цветам, их не следует применять на краях дисплея. Желтый и синий - хорошие периферийные цвета, хотя синий не следует использовать для знаков и тонких линий.

Для мелких деталей изображения не следует применять насыщенный синий цвет. Синий цвет хорошо использовать для фона.

Улучшению восприятия зрительной информации способствуют следующие свойства и способы ее организации:

Ш заметность - сообщение должно привлекать внимание и располагаться в зоне наблюдения оператора;

Ш выделение - наиболее важные слова могут быть подчеркнуты, усилены путем увеличенного размера или штриховки;

Ш четкость - может быть усилена при увеличении контраста знаков по отношению к фону;

Ш вразумительность - необходимо дать ясно понять в чем состоит опасность и что может произойти, если предупреждение будет проигнорировано;

Ш видимость - знаки должны быть видимыми при любых условиях рабочего освещения;

Ш стандартность - целесообразно применять стандартные слова и символы.

Зрительная информация должна располагаться в зоне прямого видения, причем главная информация - в центре, второстепенная и справочная - на периферии.

Слуховые средства предъявления информации используются наряду со зрительными средствами в случаях:

ь если сообщение простое;

ь сообщение краткое;

ь к сообщению не требуется возвращаться в дальнейшем;

ь сообщение отображает события, распределенные во времени;

ь сообщение призывает к немедленному действию;

ь зрительная система оператора перегружена;

ь работа оператора требует частых перемещений в рабочем пространстве.

При выборе предупреждающих звуковых сигналов необходимо учитывать:

Ш высоту сигнала, которую следует выбирать из диапазона 150-1000 Гц;

Ш сигналы должны иметь гармонические частотные компоненты;

Ш сигналы должны иметь не менее четырех выраженных частотных компонент, что снижает риск маскировки другими сигналами;

Ш целесообразно введение модуляции основной частоты: это привлекает внимание оператора.

Резкое нарастание сигнала необходимо предупреждать, так как это воспринимается как удар, сопровождаясь звуковым шоком.

Тактильные средства предъявления информации используются редко. Известны случаи их применения в качестве дополнительных каналов и при работе людей со зрительными и слуховыми нарушениями. Часто используют тактильное кодирование формой органов управления, которые можно различить на ощупь.

3. Проектирование органов управления

Органы управления представляют собой элементы интерфейса (связи) в СЧМ, с помощью которых оператор передает механическую энергию или информацию технической части системы для выполнения автоматических функций управления. Организация, отбор и размещение органов управления осуществляются с учетом анатомических, антропометрических, биомеханических и физиологических характеристик человека.

Различают органы управления:

Ш по назначению: для ввода информации; для установки режимов;

Ш по характеру движений: не требующие движений включения, требующие повторяющихся, дозированных движений;

Ш по характеру использования: оперативные, используемые периодически или эпизодически;

Ш по конструктивному исполнению: кнопки, тумблеры, переключатели, штурвалы, манипуляторы;

Ш по значению: главные, вспомогательные.

В конструкции органов управления необходимо учитывать сложившиеся у человека стереотипы движений.

Существующее многообразие органов управления отражено в справочной и нормативной документации, но отметим, что идеального органа управления не создано.

4. Организация рабочего места оператора

Размещение органов управления и средств отображения информации на рабочем месте оператора в значительной мере определяет эффективность его деятельности. К наиболее важным критериям, которые необходимо учитывать при организации рабочего пространства относятся:

ь размеры моторного пространства;

ь двигательно-физиологические предельные условия (требования к точности, скорости, силе, вращающему моменту и т.д.);

ь условия взаимодействия;

ь частота и значимость входной информации;

ь возможности зрительной и слуховой обратной связи;

ь алгоритм управления (последовательность действий);

ь пространственная совместимость с технической системой или дисплеями;

ь гарантия против случайных действий;

ь выполнение действий сидя или стоя.

Учитывается также пол оператора, т.к. физические и психофизиологические возможности мужчин и женщин не одинаковы.

При большом количестве приборов на панелях управления используют методы группировки, учитывая при этом частоту обращения к тем или иным приборам во время выполнения рабочего алгоритма. Часто используемые органы управления и индикации следует помещать в центральной зоне, редко - на периферии.

Динамические характеристики органов управления должны соответствовать скоростным характеристикам человека. СЧМ должны препятствовать возникновению случайных режимов работы с органами управления и индикации, ведущих к аварийным режимам. Реализуется, так называемая защита "от дурака".

Цветовое и эргономическое решения рабочего места не должны приводить к утомлению оператора, состояниям монотонии, напряжения, гипнотическим фазам.

5. Проектирование пользовательских интерфейсов

Основным объектом инженерно-психологического проектирования в системах "человек-машина" в последнее время являются системы связи человека с машиной - системы интерфейса. Среди большого разнообразия систем интерфейса, связанных с управлением техническими системами, особенно выделяются системы пользовательских интерфейсов (User Interface). Они объединяют компоненты и элементы программ, способных влиять на взаимодействие пользователя с компьютерной системой. Это средства отображения информации, форматы и коды представления информации, технологии ввода-вывода данных, их вид и форма, порядок получения справочной и иной информации, необходимых для работы в системе. К ним относятся и диалоги, транзакции оператора с системой, обратная связь пользователя с системой, виды реакций на нее.

Наиболее известные системы интерфейса этого класса связаны с компьютерными графическими интерфейсами пользователя (GUI) или так называемыми WIMP (Windows-Icons-Menus-Point devise) интерфейсами. В них используются привычные для пользователей операционных систем Windows и Macintosh окна, меню, пиктограммы, виджеты и способы организации взаимодействий посредством манипулятора "мышь" и клавиатуры.

Следующий вид интерфейса - интерфейс прямой манипуляции, в котором реализуется постоянное представление пользователю объектов и результатов действий с ними. Управление объектами осуществляется с помощью непосредственных физических действий, а не вводом команд.

В перспективе ожидается переход к естественного (человекоцентрированного) интерфейса, в которых используются механизмы человеческого общения и работы психофизиологических систем. Прототипы таких систем - системы общения "человек-машина" на естественном языке, системы, использующие психофизиологические параметры для управления системой, бионические симбиозы (встраивание технических элементов в работу организма), системы виртуальных интерфейсов. В таких системах используются системы 3D графики, нанотехнологии и микросистемная техника.

Процесс эргономического проектирования пользовательских интерфейсов включает в себя процессы разработки и тестирования программного продукта и содержит этапы:

Ш анализ деятельности пользователя;

Ш построение модели рабочего места пользователя, формулирование требований к деятельности пользователя, выбор критериев оценки интерфейса;

Ш разработка сценария работы пользователя с программой, его предварительную оценку и коррекцию;

Ш разработка прототипа пользовательского интерфейса, его отработку, получение рабочего варианта;

Ш создание тестовой версии программы, реализующей пользовательский интерфейс;

Ш разработка средств поддержки пользователя (помощь, словари, подсказки и т.д.);

Ш юзабилити тестирование тестовой версии;

Ш отработка финал-релиза, подготовка документации и процедуры обучения пользователя.

6. Системы виртуальной реальности

В последние годы благодаря прогрессу технологий мультимедиа широко развивается направление, обозначаемое общим термином "системы виртуальной реальности". Суть подхода заключается в создании стимулов, воздействующих на все органы чувств оператора. При этом в психике человека формируется образ некоторой искусственной реальности, в которой могут осуществляться действия, направленные на решение определенной профессиональной задачи. При восприятии виртуальной реальности оператор всегда отдает себе отчет в том, что данная реальность - результат специфического воздействия на его сенсорные системы.

Система виртуальной реальности позволяет исключить человека из ситуации непосредственной экстремальной деятельности. Плоскость проектирования этих систем смещается в область компьютерного моделирования воздействий реальной среды, преобразования последней в образы, привычные для оператора. Для формирования визуальных образов используются шлемы виртуальной реальности, образов осязания - сенсорные перчатки, слуховых образов - системы стерео- и многоканального воспроизведения.

Основная проблема, возникающая при моделировании виртуальной среды, - проблема согласования потоков информации, получаемой из внешнего мира, и потоков обратной информации, дающих информацию о действиях оператора.

Идеальная система виртуальной реальности дает полую иллюзию деятельности человека в реальной ситуации. Кроме того, появляется возможность создать образ сверхвозможностей, ведущий к повышению активности оператора.

В качестве одной из основных характеристик виртуальной реальности рассматривается иммерсивность, которая представляет собой совокупность технологических, психологических и поведенческих феноменов, связанных с интегрированной синхронной деятельностью перцептивных систем человека при его погружении в среду. Иммерсивность содержательно интерпретируется как мера неразличимости участниками виртуального погружения реального и виртуального миров. Максимально иммерсивная среда в восприятиях обучаемых абсолютно неотличима от реальности.

Иммерсивность отражает также возможность воспроизводить в среде естественные способы сенсорного представления, сформированные в процессе жизни человека в естественной среде.

ВИРТУАЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ

В погружающих или иммерсивных интерфейсах оператор погружается в формируемую технологиями виртуальной реальности машинно-генерируемую трехмерную среду, отображающую некоторый искусственный мир, деятельность в котором ведет к решению профессиональных задач в действительном мире. В конструкции и свойствах искусственного мира максимально используется жизненный опыт.

Возможности деятельности обучаемого в среде обеспечиваются интерактивностью среды - степенью, до которой пользователи могут участвовать в изменении и формировании ее содержания в режиме реального времени. Интерактивность - это не просто возможность навигации в виртуальном мире, это власть пользователя по управлению изменениями этой окружающей среды. Степень интерактивности зависит от множества факторов. Основными факторами, определяющими степень интерактивности:

ь фактор "скорость" - определяет скорость, с которой реагирует система в нормальных условиях;

ь фактор "диапазон" - включает число возможностей для действия в любое данное время;

ь фактор "mapping" - отражает способность системы контролировать изменения в искусственной среде в естественной среде и предсказуемой манере.

Примерами интерфейса, с помощью которого реализуется интерактивность в компьютерных обучающих средах, являются клавиатура, мышь, перчатки, планшеты, системы распознавания речи, направления взгляда и связанные с ними виртуальные представления, порождаемые программными средствами.

Развитие технологий виртуальной реальности позволяет создать виртуальные среды с высокой степенью интерактивности. Именно интерактивность, отражая эффективность взаимодействия субъекта с миром, является ключевым понятием, характеризующим эффективность и возможности человеко-машинного интерфейса. Чем выше интерактивность системы, тем больше параметров моделируемого мира могут быть изменены субъектом в процессе своей деятельности.

Особый вид иммерсивного интерфейса - системы с индуцированной виртуальной средой, в которых виртуальная реальность с погруженным в нее оператором копирует в реальном времени некоторую параллельно существующую реальную среду. Индуцированная виртуальная среда является носителем обратной связи, и события в ней моделируются не по абстрактному сценарию, а связаны с событиями и предметным миром реальной среды.

Известны практические применения технологии индуцированных виртуальных сред при подготовке космонавтов для работы на орбитальной станции.

7. Юзабилити

Работа в интерактивных средах послужила базисом для возникновения нового дисциплинарного направления инженерной психологии и эргономики - юзабилити (usability). В общем плане юзабилити - это научно-прикладная дисциплина, служащая повышению эффективности, продуктивности и удобства пользования инструментами деятельности. Она изучает и реализует процессы создания совокупности свойств инструмента, влияющих на эффективность его использования в конкретной предметной деятельности, выражается в применимости данного инструмента, легкости, естественности его использования, безошибочности, сопровождаемых удовлетворением пользователя, возникновением у него позитивных эмоций. Можно сказать, что юзабилити занимается потребительскими качествами продукта.

Основные разделы юзабилити - юзабилити проектирование и юзабилити тестирование. Первое осуществляется стандартными методами инженерной психологии, а второе основано на экспериментах для выявления информации о потребительских свойствах пользовательского интерфейса.

На ранних этапах проектирования используются методы: карточной сортировки, подготовки набросков, раскадровки, бумажных и электронных прототипов.

Кроме того, в юзабилити используют VIMM-принципы проектирования интерфейса:

Visual - оптимизация визуального восприятия:

ь предоставление оператору предварительного просмотра и простой отмены действия;

ь объединение информации и меток в понятные и удобные оператору группы;

ь исключение неуместных цветов.

Intellect - упрощение принятия решения:

ь применение контролеров;

ь эффективная обратная связь от системы.

Memory - минимизация нагрузки на память:

ь выделение возможностей;

ь проектирование для узнавания, а не для запоминания;

ь представление выбора по умолчанию

Motor - минимизация взаимодействия:

ь использование небольших расстояний и крупных объектов;

ь оптимизация устройства ввода;

ь уменьшение количества окон и вводов.

По окончании процедур проектирования пользовательского интерфейса наступает этап юзабилити тестирования, для осуществления которого используют экспериментальные методы, построенные на наблюдениях и проведении специализированных интервью, направленных на выяснение того, как пользователи используют продукт.

Наиболее часто при тестировании используют: методы эвристической оценки, удаленного тестирования, фокус-групп, прямое наблюдение за пользователем, метод "мысли вслух", проверку качества восприятия, измерение производительности, использование контрольных списков.

Практика показывает высокую экономическую эффективность юзабилити, применение которого на ранних стадиях проектирования позволяет значительно экономить время и трудовые ресурсы разработчиков. При этом увеличивается производительность труда пользователя, уменьшается время и затраты на проектирование и обслуживание. Отмечается рост удовлетворенности пользователей. В результате растут объемы продаж продукта и доходы компаний, использующих методы юзабилити.

Размещено на Allbest.ru

...