Тема 9. Мышление опреатора

Развитие современных эргатических систем происходит глав­ным образом в двух направлениях:

- по пути расширения класса разрешаемых задач и повыше­ния качества их решения;

- по пути передачи машине все большего числа функций, которые ранее в системе выполнял человек.

Первое направление влечет за собой усложнение конструк­ции систем и появление у оператора в связи с этим новых обязан­ностей. Второе — приводит к концентрации у оператора в основ­ном сложных мыслительных задач — задач, с которыми на со­временном уровне развития техники машины не в состоянии справляться. Так как в эргатических системах человек является основным звеном, определяющим их работу, то, очевидно, от его возможностей успешно решать сложные мыслительные задачи будет зависеть качество и надежность работы всей системы в це­лом. Поэтому при проектировании систем «человек-машина» нельзя ограничиваться только функцией «входа» и «выхода» ма­шины, а требуется учитывать и способы решения задач, харак­терные для человека. Распределение функций между человеком и машиной, приспособление систем к человеку должно произво­диться из соображений создания для оператора условий, благо­приятствующих решению мыслительных задач, возникающих в системе управления.

Таким образом, появляется необходимость в изучении мысли­тельной деятельности операторов эргатических систем, а также в выявлении оптимальных способов мышления в той или иной сложившейся ситуации. Эти данные нужны как для обучения операторов, так и при проектировании эргатических систем. Закономерности мышления оператора могут явиться основой для раз­работки программ вычислительных машин, позволяющих ими­тировать некоторые процессы мышления. Подобные программы, направленные на автоматизацию процессов мышления, становятся одновременно полезным инструментом при исследовании мысли­тельных процессов.

Выявление закономерностей мышления оператора — наиболее сложного элемента его деятельности, и их математическое моде­лирование открывает широкие возможности математического описания работы оператора в системе управления. Такие математические модели имеют большое значение в ходе рабочего про­ектирования системы и проверки ее конструкции. Они позволяют, не ожидая полного завершения разработки и изготовления системы, с помощью электронно-вычислительных машин производить оценку степени согласованности «человеческого фактора», с избранными конструкциями технических звеньев. При этом в математических моделях могут быть учтены различные события, влияющие на работу системы, статистические закономерности распределения событий, их вероятностный характер.

Многие элементы деятельности опера­тора по управлению системой пока не удается описать какими-либо количественными характеристиками. Более того, в отдель­ных системах даже трудно предвидеть все качественные состоя­ния, в которых может оказаться система. Так, например, практически просто невозможно предсказать различные условия динамики полета в случаях отдельных отказов авиационной техники. Тем более нельзя заранее указать летчику способ, которым ему следует действовать в каждом из этих случаев. И когда воз­никают условия, для которых заранее не предусмотрена опреде­ленная схема действия, когда существует целый ряд способов, и из них следует выбирать оптимальный, в таком случае перед оператором встает логическая задача. Процесс решения подоб­ных задач называется оперативным мышлением.

Под оперативным мышлением в общем случае понимается такой процесс решения практических задач, который осущест­вляется на основе моделирования оператором объектов трудовой деятельности, в результате которого в данной ситуации форми­руется модель предполагаемой совокупности действий (план опе­раций), обеспечивающей достижение поставленной цели. Опера­тивное мышление включает в себя задачу выявления проблемной ситуации и систему ее мысленных и практических преобразова­ний.

В.Н. Пушкин, занимавшийся исследованием оператив­ного мышления, поясняет его сущность: «Если прежде, чем отре­агировать на ту или иную программную ситуацию оператору, необходимо отразить, мысленно воссоздать, представить элементы, из которых складывается эта ситуация, а затем привести в движение отражения, образы этих элементов и на основе такого перемещения увидеть план будущего действия или совокупности действий, то здесь имеет место оперативное мышление. В случае, когда действие однозначно следует из ситуации, независимо от его сложности и структуры сигнала, деятельность такого рода является просто ответной реакцией».

Понятие «оперативное» обычно употребляется в трех зна­чениях:

- когда деятельность оператора слагается из отдельных операций;

- когда деятельность протекает оперативно (в смысле быстро);

- когда мышление связано с трудом и является элементом тру­довой деятельности.

Д.Н. Завалишина и В.Н. Пушкин, на основе иссле­дования механизмов процесса оперативного мышления, пришли к заключению, что он состоит из трех основных компонентов.

1) Структурирование. Оно проявляется в образовании более крупных единиц действий, на основе связывания элементов ситуации между собой. Этот процесс заключается в аналитико-синтетической деятельности по оценке местоположения элементов и существующих между ними связей. В процессе структурирования осуществляется организация и упорядочение элементов задачи в структурное целое.

Приведем пример структурирования. Предположим, что летчик обнаружил по прибору рост температуры масла авиадвигателя. Этот факт свидетельствует о ненормальности в работе авиадви­гателя. Однако такие показания прибора могут быть и при нормальной работе двигателя, в том случае, когда прибор откажет и будет выдавать ложные показания. Чтобы оценить со­здавшуюся ситуацию, нужно сравнить показания термометра масла с показаниями приборов, измеряющих давление масла и температуру выходящих газов, затем сопоставить эти показания между собой. Если будет замечено, что одновременно с ростом температуры масла падает его давление и растет температура выходящих газов, то все эти факторы вместе взятые будут созда­вать структурно-упорядоченное представление о перегреве авиа­двигателя. Благодаря процессу структурирования, появляется возможность исключить вариант отказа прибора и тем самым сократить число переменных, определяющих проблемную ситуа­цию.

2) Динамическое узнавание — обнаружение частей конечной ситуации в исходной, проблемной ситуации. Узнавание может быть в какой-то определенной, сравнительно узкой зоне поиска. Оно может быть и при решении задач, для которых об­ласть поиска не определена (например, при выявлении непривычных связей). Процесс решения задач узнавания протекает динамически и выражается в трех формах: узнавание подзадачи; узнавание ситуации встречавшейся ранее; узнавание в наличной ситуации конечного эталона.

Продолжим тот же пример. В рассматриваемых условиях конечной целью летчика является выбор способа действия, оптимального для возникшей ситуации. Начальные условия указы­вают, что температура двигателя превысила норму, следова­тельно, управляющие действия должны быть направлены на снижение температуры двигателя. Однако возможно, что подобный рост температуры двигателя летчик наблюдал раньше, в связи с отказом привода турбины авиадвигателя. В том случае тре­бовались иные действия — немедленное выключение двигателя. Чтобы установить, совпадает ли данная ситуация с ранее встре­чавшейся, летчик обращается к дополнительной информации — проверяет частоту вибрации двигателя. Если частота вибрации в шторме, значит привод и сам двигатель исправны, следовательно причина перегрева двигателя обусловлена внешними факторами. Среди внешних факторов легко узнать часто встречающийся фак­тор — плохое охлаждение авиадвигателя.

3) Формирование алгоритма решения, то есть выработка принципов и правил решения, определение последовательности действий. Возвратимся к нашему примеру. Оценивая ситуацию, летчик узнает, что причина перегрева двигателя заключена в плохом его охлаждении. Отсюда следует алгоритм решения — увеличить интенсивность охлаждения двигателя. Этот алгоритм летчик реа­лизует путем принудительного открытия заслонки маслорадиатора (вероятно автомат регулировки температуры масла по какой-то причине не выполнил возложенные на него функции).

Д.Н. Завалишина и В.Н. Пушкин процесс решения задач подразделяют на три этапа.

На первом этапе наблюдается стремление действовать только с одиночными элементами ситуации (температурой масла, затем его давлением и т.д.), и каждый элемент здесь выступает как одномерный вектор.

На втором этапе имеет место группировка элементов опре­деленным образом (установление взаимосвязи ряда параметров и появление представления о режиме работы двигателя).

Третий этап состоит в выработке общих принципов решения данной задачи, обеспечивающих соединение одних элементов и исключение других, неудовлетворяющих связям, соответствую­щим данной задаче (нужно снизить температуру двигателя пу­тем дополнительного открытия заслонки маслорадиатора).

Укажем на некоторые особенности оперативного мышления, свойственные оператору эргатической системы.

а) Прежде всего отметим, что оперативное мышление, как и другие формы мышления, по структуре психической деятельности принципиально отличается от сложных форм реакции человека. Для оперативного мышления, в отличие от других форм мышления, характерна работа с информационной моделью.

б) Оперативное мышление направлено на решение конкрет­ных практических задач, поэтому оно всегда «вплетено» в непо­средственную практическую деятельность.

в) Из оперативного мышления непосредственно вытекают практические действия, поэтому результаты оперативного мыш­ления сразу испытываются на практике. При этом у оператора появляется возможность по ходу работы корректировать, изменять процесс оперативного мышления.

г) Оперативное мышление часто осуществляется при жестких временных ограничениях, в затруднительных и необычных для человека психофизиологических условиях (например, в условиях полета на сверхзвуковых скоростях). Очевидно специфичность условий будет отражаться как на процессе, так и на результатах оперативного мышления.

Каковы пути, методы экспериментального исследования про­цессов оперативного мышления? Укажем некоторые из методов, которые сейчас используются на практике.

1) Испытуемым предлагается решить логическую задачу и по ходу ее решения вслух последовательно рассказывать о том, как они мыслят. Описание хода мышления может даваться и по окончанию решения задач, особенно в случаях, когда задачи решаются в условиях временных ограничений.

2) В процессе решения мыслительных задач фиксируются движения глаз испытуемых. Опыты показывают, что каждому способу решения данной задачи характерна своя закономерность переноса взгляда, которая может служить показателем протека­ния интеллектуального процесса.

3) О характере и закономерностях оперативного мышления можно судить по результативности решения задач и некоторым количественным характеристикам, определяющим качество решения (времени решения, количеству ошибок и исправлений).

4) Закономерности оперативного мышления могут исследо­ваться с помощью электронных вычислительных машин.

Указанные методы позволяют исследовать процессы анализа, синтеза, обобщений и комбинаторной деятельности планирова­ния, протекающие при оперативном мышлении; они позволяют выявлять трудности, испытываемые человеком на различных эта­пах этих процессов.

Моделирование процессов мышления, с одной стороны, откры­вает широкие возможности перед кибернетикой по созданию машин, решающих мыслительные задачи. С другой стороны, ис­пользование средств кибернетики и ее метода — моделирования способствует более глубокому изучению механизмов работы мозга.

Вначале раскроем сущность понятия «моделирование». Это один из универсальных методов познания явлений, объектов, для которых непосредственное исследование затруднительно, или по каким-либо причинам вообще невозможно. Модель, как средство познания, основана на заключениях по аналогии. Модель яв­ляется упрощенным описанием прототипа, но упрощенным лишь на столько, чтобы она, оставаясь пригодной для замещения про­тотипа, одновременно позволила бы получить о нем новые знания.

Модель может выполнять как теоретические функции, так и практические. Например, электронная вычислительная машина, выступая в качестве модели мыслительной деятельности, являет­ся также средством исследования и средством автоматизации умственного труда.

Анализируя понятие «моделирование», А. Н. Кочергин указывает, что его не следует воспринимать упрощенно, как пас­сивное описание. Модель должна «быть активной — способ­ствовать пониманию сущности объекта исследования». С другой стороны, моделирование нельзя понимать и слишком широко, отождествляя его с познанием (которое иногда определяют, как моделирование в мозгу внешнего мира) или с теорией (послед­няя, в отличие от модели, может еще и истолковывать объект в форме понятий). Говоря о моделировании живой природы, сле­дует также отметить, что здесь предполагается нетождественность модели и ее прототипа, а лишь воспроизведение в опреде­ленном свете каких-то отдельных сторон моделируемой системы. (А вот в технике возможно полностью воспроизвести конструк­цию; например, создать точную модель объекта в уменьшенном масштабе.)

Подобный подход к моделированию живой природы опре­делил появление двух направлений в моделировании процессов; мышления:

а) создание причинных моделей, воспроизводящих внутренние механизмы процессов мышления, условия выполнения им определенных функций;

б) создание функциональных моделей типа «черного ящика», отражающих только связь входных сигналов и реакций ^на них, отражающих лишь поведение прототипа.

Как уже отмечалось оперативные образы являются важным психологическим фак­тором, повышающим точность работы оператора. Сейчас мы снова вер­немся к рассмотрению оперативных образов, но уже с точки зре­ния их роли в процессе мышления.

Для многих видов операторской деятельности характерно мышление образами. Мыслительная деятельность летчика, штур­мана корабля, диспетчера аэропорта и многих других операторов неразрывно связана с образами управляемых объектов. Всем этим операторам присуще образное видение объектов. Так, на­пример, управляющие действия летчика обусловлены образом пространственного положения самолета, штурман действует, ис­ходя из представления о положении корабля относительно берегов, диспетчер аэропорта принимает решение в соответствии с образом воздушной обстановки.

Оперативный образ формируется на основе соотнесения теку­щей информации о состоянии объекта с той информацией о нем, которая ранее была накоплена оператором.

«Оперативный образ, — пишет Д.А. Ошанин, — всегда представляет из себя некоторую наличную информацию об объекте (образная информация), отраженную в сознании и ак­тивно взаимодействующую с сигнальной информацией, то есть с информацией, поступающей к исполнителю уже по ходу действия, извне».

В другой работе автор выделяет ряд особенностей, прису­щих оперативным образам.

— Оперативные образы прагматичны, то есть формируются в процессе действия с объектами, по ходу выполнения конкретных практических задач и применительно к этим зада­чам.

— Оперативные образы адекватны, то есть соответствуют конкретным задачам действия. В зависимости от выполняемой задачи и условий ее выполнения, изменяется угол зрения опера­тора на управляемый объект и его состояние. В соответствии с этим углом зрения формируется оперативный образ, адекватный выполняемой задаче управления.

— Оперативные образы упорядочены. Информация в них структурно организована в единый информационный комплекс, в котором отдельные составляющие поставлены в определенную взаимосвязь.

— Оперативные образы специфичны. Они отражают только ту информацию, которая необходима для решения данной конкретной задачи. В оперативном образе выдвигается на перед­ний план информация, которая обусловливает при сложившейся ситуации выбор способа действия. Специфичность оперативного образа заключена в узкой предметной направленности, скон­центрированной в нем информации.

Разбирая особенности оперативных образов, следует специ­ально отметить, что адекватность образа информационной модели еще не означает его адекватности решаемой задачи. Покажем это на конкретном примере. Предположим, что летчик заметил непредвиденное уменьшение показаний барометриче­ского высотомера. Эта информация сразу вызвала появление оперативного образа — самолет теряет высоту. Такой образ опре­делил предметное действие: летчик сместил на себя рукоятку управления. Предположим далее, что это действие не дало эф­фекта и высотомер продолжает указывать на снижение самолета. Тогда при прежней информационной модели появляется новая концептуальная модель, которая порождает новый оперативный образ — самолет летит горизонтально, а высотомер выдает ложную информацию о снижении. Чтобы утвердиться в том, этот образ правильно отражает сложившуюся ситуацию, летчик смотрит на показания радиовысотомера и вариометра. Если по­казания этих приборов не соответствуют данным барометриче­ского высотомера, следовательно, барометрический высотомер действительно отказал. В нашем примере одна и та же ситуация порождала несколько оперативных образов, из которых только один оказался адекватным ситуации. Решение здесь было полу­чено в результате образного мышления: путем последователь­ного перебора и анализа различных оперативных образов, до выявления образа, адекватного ситуации. Неадекватность опера­тивного образа той ситуации, которую он отражает, порождается различными факторами. Таким фактором может явиться несовер­шенство информационной модели: ограниченность выдаваемой информации, низкая эффективность ее кодирования, многознач­ность ее трактовки и т. п. Неадекватность оперативных образов может быть вызвана и факторами внутреннего порядка: ложной информацией от интерорецепторов (например, появлением у лет­чиков иллюзий о пространственном положении самолета), типо­логическими, функциональными особенностями оператора и его мышления.

Говоря об оперативных образах, адекватных ситуации, нельзя не отметить их высокой эффективности при решении различных задач управления как в благоприятных, так и в усложненных условиях. Более того, по мере усложнения условий, эффектив­ность использования таких оперативных образов возрастает.

Итак, приходим к заключению, что оперативные образы яв­ляются важным регулятором в системе предметного действия оператора. Это можно доказать и на основе анализа деятельно­сти оператора. Оставаясь верными нашему общему примеру, по­кажем это на анализе работы летчика по выдерживанию заданного режима полета.

Контрольные вопросы

1. В каких направлениях происходит развитие современных эргатических систем?

2. От каких факторов зависит качество и надежность работы эргатических систем?

3. Дайте определение оперативного мышления. Из каких компонентов оно состоит?

4. Назовите особенности оперативного мышления, свойственные оператору эргатической системы.