автореферат и диссертация по психологии 19.00.03 для написания научной статьи или работы на тему: Характеристики действий человека-оператора при использовании изотонического и изометрического органов управления

Автореферат диссертации по теме "Характеристики действий человека-оператора при использовании изотонического и изометрического органов управления"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 154.4

ТАРАСОВ Станислав Геннадиевич

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕЙСТВИЙ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИЗОТОНИЧЕСКОГО И ИЗОМЕТРИЧЕСКОГО ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 19.00.03 - психология труда,

инженерная психология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена на кафедре эргономики и инженерной психологии Санкт-Петербургского государственного университета

Научные руководители: доктор психологических наук,

профессор Г.В.Суходольский

кандидат биологических наук, доцент М.И.Бойко

Официальные оппоненты: доктор психологических наук,

профессор М.К.Тутушкина

кандидат психологических наук, доцент В.К.Сафонов

Ведущее учреждение - Санкт-Петербургский электротехнический институт им.В.И.Ульнова (Ленина)

5ащиу^. диссертации состоится

"/Р" & ^ 1992 т.

в / у часов на заседании специализированного совета Д 063.57.23 .по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, наб.Макарова, 6, факультет психологии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им.М.Горького при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9.

С о.

Автореферат разослан _" _ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат психологических наук

а

Л.К.Соловова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных эрратических системах управляющее воздействие на регулируемый объект или процесс осуществляется, как правило, с помощью тех'или иных органов управления. Подбор конструктивных параметров органов управления, их расположение на рабочем месте оператора во многом определяют эффективность функционирования всей системы в целом, надежность и безопасность ее работы. Этим обусловливается необходимость'учета при проектировании систем "человек-машина" психофизиологических и биомеханических возможностей человека при манипулировании с различными органами управления (ОУ).

Органы управления непрерывного регулирования, которые используются в системах управления динамическими объектами и системах слежения, можно разделить на две группы. Первая - это традиционные подвижные органы управления, в которых основным регулируемым параметром выступает перемещение, его величина и направление,' как по техническим особенностям, так, по-видимому, и для человека. В данной группе обычно выделяют свободные или изотонические ОУ, для которых усилие, необходимое при перемещении,незначительно по величине и практически постоянно - как правило, эти ОУ лишены центрирующих пружин. Вторая группа - силовые органы управления, управляющий сигнал от которых определяется величиной и направлением прикладываемого усилия. При условии полной неподвижности ОУ он называется изометрическим - по принципу работы мышц в данных условиях. Изотонические и изометрические органы управления представляют две крайние группы подвижных и силовых ОУ, поскольку они воплощают два противоположных принципа работы мышц.

В настоящее время силовые органы управления применяются в робототехнике и транспортных системах. Однако приходится констатировать, что инженерно-психологические рекомендации по конструированию и использованию силовых ОУ отсутствуют в литературе. Возможно поэтому, а также вследствие определенного предубеждения о низком уровне эффективности силового регулирования, ОУ изометрического тийа не получили широкого распространения на практике. Вместе с тем, они имеют ряд преимуществ перед подвижными: малый вес и объем, требуют меньше рабочего пространства, т.к. нет необходимости совершать движения, в них используются более долговечные тензометрические датчики по сравнению с потенциометрическими

в подвижных ОУ. Таким образом, только систематическое экспериментальное исследование возможностей и специфики силового регулирования позволит понять, в каких условиях изометрические ОУ могут эффективно использоваться.

Научная новизна работы состоит в исследовании и обосновании возможностей человека по управлению динамическими объектами ,с применением подвижных и силовых органов управления. Разработаны методические приемы исследования управляющих действий: фиксирование-стабилизация, минимальные управляющие воздействия. На основе последнего предложен принцип определения оптимального коэффициента усиления органа управления в системах слежения для выполнения, задач точного наведения. Выявлены как общие, так и специфические черты управляющих воздействий подвижного и силового типа при выполнении характерных для деятельности слежения человека-оператора корректировочных действий, фиксирования-стабилизации, сопровождения динамического входного сигнала. Получены их точностные и временные количественные характеристики.

Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при разработке инженерно-психологических рекомендаций по проектированию исполнительской деятельности человека-оператора, а также требований к органам управления непрерывного регулирования, подбору их конструктивных характеристик. Работа проведена в соответствии с планом научных исследований кафедры эргономики и инженерной психологии Санкт-Петербургского университета по теме "Исследование психомоторной организации человека-оператора и действий слежения-управления" (Р гос.per. 01.86.0038624 - 3.1.6.).

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является человек, выполняющий действия слежения-управления, а предметом -характеристики управляющих действий.

Цель исследования заключается в теоретическом и экспериментальном сравнительном исследовании качественных особенностей и количественных характеристик действий человека-оператора при использовании изотонического и изометрического органов управления. Цель конкретизируется в следующих основных задачах:

1. Выявление характеристик выполнения точностных, дозированных управляющих воздействий посредством изотонического и изометрического органов управления.

2. Выявление характеристик процесса фиксирования-стабилизации

при использовании изометрического органа управления.

3. Исследование эффективности слежения за динамическим входным сигналом при работе с изотоническим и изометрическим органами управления.

Апробация работы. Результаты экспериментальных исследований докладывались на УП Всесоюзной конференции по инженерной психологии в 1990 г. По материалам диссертации опубликовано три печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложения. Текст работы изложен на 182 машинописных страницах, иллюстрируется 30 рисунками. Список литературы содержит 135 источников, из них 25 на иностранном языке. В приложении приводятся таблицы и графики.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Особенности взаимодействия и функционирования внешнего и внутреннего контуров регулирования при сенсомоторном управлении определяются как минимум следующими факторами: типом органа управления, величиной коэффициента усиления, наличием или отсутствием зрительного контроля за действиями, скоростью входного сигнала, фоновым усилием.

2. Изометрические органы управления обладают, по различным критериям эффективности, как преимуществами, так и недостатками по сравнению с изотоническими. Разработаны методические приемы исследования и определены условия для преимуществ.

3. Взаимовлияние каналов управления при работе с двухстепенной изометрической рукояткой обусловлено наличием непроизвольных колебаний при функционировании внутреннего контура силового регулирования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования возможностей человека по манипулированию подвижными и силовыми органами управления.

В первой главе рассматриваются классификация ОУ по различным признакам, особенности подвижных и силовых ОУ в системах управления динамическими объектами, приводятся сведения о влиянии коэффициента усиления подвижных органов управления на характеристики действий человека-оператора при слежении (В.П.Багрунов,

- б -

В.М.Водлозеров, 1972; И.В.Евсеевичева, 1990; W. L.Jenki-nSp М.&. Состой, 1947), ставятся задачи исследования.

Во второй главе дается описание метода исследования. Опыты проводились на экспериментальной установке, моделирующей деятельность слежения человека-оператора в преследующем режиме в системе нулевого порядка. Испытуемый сидел в кресле перед экраном индикатора, в качестве которого использовался бытовой телевизор, и посредством двухстепенной кистевой рукоятки изотонического или изометрического типа, расположенной на правом подлокотнике, управлял положением выходного сигнала - визира-перекрестия на экране индикатора. Расстояние от глаз испытуемого до экрана составляло I м. Изотоническая рукоятка была сконструирована по принципу карданового подвеса (с центром вращения ниже кисти) и не имела центрирующих пружин. Изометрическая представляла собой вертикальный металлический циллиндр. Диаметр обеих рукояток составлял 30 мм. Коэффициент усиления определялся через отношение амплитуды перемещения визира на экране индикатора (мм) к величине воздействия на рукоятку - градусы (гр) для изотонической рукоятки, граммы (г) для изометрической. Термин "коэффициент усиления" требует пояснения. В отечественной литературе наиболее распространены следующие термины: передаточное отношение, передаточное число, коэффициент передачи, коэффициент усиления, в зарубежной: передаточная функция, чувствительность ОУ. С технической точки зрения, эти термины характеризуют разные звенья системы слежения, в психологической же литературе их смысл эквивалентен, поскольку всегда имеется в виду отношение, в котором состоит перемещение управляемого сигнала (или скорость, ускорение в системах первого и второго порядков) к величине воздействия оператора на ОУ. Мы воспользовались термином коэффициент усиления (Ку), как наиболее распространенным для экспериментальных установок электронного типа (И.Е.Цибулевский, 1981).

Действия оператора регистрировались на шлейфовом осциллографе, по записи фиксировались временные, пространственные и силовые характеристики управляющих воздействий.

В третьей главе изложены результаты исследования минимальных управляющих воздействий. В литературном обзоре приводятся сведения о точности регулирования движений и усилий при выполнении задач на воспроизведение амплитуды пространственных и силовых пара-

метров (И.Г.Беляев, 1961; Р.Л.Еоуш, 1970; К.Х.Кекчеев, 1947; В.А. Комаров, 1973; С.А.Николаев, В.В.Антипов, Е.Г.Епифанов, 1985; Г.В.Суходольский, 1966; В.С.Фарфель, 1975;O.W.J&nKLns, 1947; I.I.HcC^oskfcij et at , 1974; K.A. PiovIns , 1957; B.W<z.LSS, 1954; И др.)

Методика исследования состояла в следующем. Перед испытуемым ставилась задача производить визиром минимальные перемещения на экране в горизонтальном и вертикальном направлениях, сначала под зрительным контролем, затем без него. Перемещения производились в различных точках экрана: в центре и на определенном расстоянии от него. Визир находится в центре экрана, когда усилие на изометрической рукоятке равно нулю, а изотоническая рукоятка располагается строго вертикально. При удерживании визира в определенной точке экрана (не в центре) к изометрической рукоятке необходимо прикладывать некоторое постоянное усилие - мы назвали его фоновым, а изотоническая рукоятка должна быть наклонена. Использовалось по три значения коэффициента усиления: 6,7; 13,3; 33,3 мм/гр -для изотонической рукоятки; 0,07; 0,24; 0,48 мм/г - для изометрической (значения округлены). Воздействие на рукоятку рассчитывалось условно по отношению к точке на оси рукоятки, находящейся на уровне среднего пальца кисти. На изотонической рукоятке эта точка была выше центра вращения на 75 мм, рассчитывалось перемещение рукоятки в данной точке по дуге (мм). Для изометрической рукоятки величина рычага в данной точке составляла 135 мм - измерялось усилие в граммах (г). Таким образом, усилие можно представить моментом силы, что важно с технической точки зрения. В опытах приняло участие 3 человека, в общей сложности было зарегистрировано 32640 измерений амплитуды и длительности минимального управляющего воздействия.

Основные результаты экспериментов состоят в следующем. С увеличением Ку средняя амплитуда перемещения визира на экране индикатора возрастает как под зрительным контролем, так и без него. Для изометрической рукоятки - с 5,6 до II мм в условиях визуального наблюдения, и с 7,9 до 16,2 мм при выключенном визире, для изотонической - с 4,4 до 9,2 мм и с 4,3 до 13,2 мм соответственно. Понизить амплитуду перемещения визира на экране индикатора испытуемые пытаются за счет снижения величины воздействия на рукоятку. Она значительно уменьшается с увеличением Ку: с 84 до 23 г под

зрительным контролем, со 119 до 34 г без него - для изометрической рукоятки; с 0,86 до 0,36 мм и с 0,85 до 0,52 мм соответственно - для изотонической. Такие же тенденции наблюдаются и при изменении среднеквадратического отклонения для обеих рукояток, за исключением условий отсутствия зрительной обратной связи при управлении изотонической рукояткой, когда среднеквадратическое отклонение возрастает, а не снижается.

Величину воздействия на орган управления при выполнении минимальных управляющих воздействий мы назвали "разрешающей" способностью руки, - по аналогии с понятием в оптике, где "разрешение" характеризует способность прибора показывать раздельно две близко расположенные точки. В нашем случае рука в процессе управления разделяет минимальной амплитудой два последовательных воздействия - движения или усилия. Нам представляется, что "разрешающая" способность руки самым существенным образом характеризует возмок-с ности человека-оператора по регулированию собственных точностных, дозированных воздействий. При наибольших Ку "разрешающая" способность, по-видимому, приближается к нижним абсолютным значениям, когда оператор уже не может уменьшить воздействие на 0У.

В условиях отсутствия зрительного контроля в работе с двумя типами органов управления появляются различия. Амплитуда управляющего воздействия при использовании изометрической рукоятки становится больше на 40-90%, увеличивается и среднеквадратическое отклонение, что свидетельствует о снижении стабильности выполнения задания. Различия средних и дисперсий статистически значимы по£- и/-критериям, р<0,01. При работе с изотонической рукояткой различия средних и дисперсий также статистически значимы (р<0,01), но только для двух значений Ку. Следует отметить, что абсолютные значения средних амплитуд управляющего воздействия возрастают в условиях отсутствия зрительной обратной связи на 10-4596, т.е. не так значительно,как для изометрической рукоятки. А при наименьшем Ку управляющие воздействия на рукоятку и под зрительным контролем и без него совпадают по амплитуде, не различаются и дисперсии.

При использовании изометрической рукоятки на амплитуду управляющего воздействия существенное влияние оказывает фактор фонового усилия. Минимальные управляющие воздействия в центре экрана - при фоновом усилии близком к нулю, - меньше, чем при нали-

чии фонового усилия, а с увеличением фонового усилия возрастают как под зрительным контролем, так и без него. Наиболее отчетливо . эта закономерность проявляется при наименьшем Ку и наибольших фоновых усилиях. В данном случае управляющее воздействие под зрительным контролем в центре экрана составило 66 г, при фоновых усилиях 900 и 1800 г - 77 и 99 г соответственно (различия средних статистически значимы по ¿"-критерию, р<0,01). В условиях исключающих зрительный контроль, управляющее воздействие при фоновом усилии, близком к нулю, составило 106 г, 900 г - 120 г, 1800 г -125 г (различия значимы, р<0,01). Нам представляется возможным провести аналогию данного явления с известным законом Beбера. Однако надо отметить, что в данном случае и восприятие и регулирование протекают одновременно, задействованными оказываются и зрительный анализатор и проприоцепция.

Следует отметить, что при наименьших Ку как при работе с изотонической, так и с изометрической рукояткой при фоновых усилиях до 900 г величина перемещения визира под зрительным контролем одинакова и лежит в пределах 4,4-5,5 мм. В условиях нашего эксперимента данные пределы соответствовали зрительному оперативному порогу 15-19'. Таким образом, при наименьших Ку внутренний контур регулирования, "разрешающая" способность руки позволяют оператору выполнять управляющие воздействия на объект (визир) на уровне ' точности задаваемом визуально. С увеличением Ку оператор лишается такой возможности, он не может воздействовать на 0У в столь малой степени и при тех же временных затратах, чтобы амплитуда перемещения визира осталась прежней.

Измерения длительности минимального управляющего воздействия показали, что она такяе определяется коэффициентом усиления и наличием-отсутствием зрительного контроля. Общие тенденции состоят в следующем: длительность минимального воздействия возрастает с увеличением Ку и в условиях, исключающих зрительный контроль. И в первом и во втором случае длительность воздействия возрастает на 0,02-0,14 с, увеличиваются и среднеквадратические отклонения, что свидетельствует о снижении стабильности выполнения задания. Различия ме;::ду типами органов управления состоят в том, что управляющее воздействие с изометрической рукояткой производится за более короткое время, чем с изотонической на 0,15-0,25 с или в среднем на 30% (различия средних статистически значимы по

£ -критерию, р<0,001).

Анализ микроструктуры управляющих воздействий показывает, что они различаются в зависимости от типа ОУ. При использовании изометрической рукоятки - изменения усилия имеют плавный синусоидальный или треугольный характер и могут сопровождаться колебаниями типа тремора. Воздействие на изотоническую рукоятку состоит из двух фаз: равномерного движения и паузы. При наименьшем Ку обе фазы имеют примерно одинаковую длительность, с увеличением Ку длительность движения сокращается, а паузы увеличивается. При выполнении изометрической рукояткой управляющих воздействий по одной степени свободы, по другой наблюдаются колебания различных видов - тремор, регулярные колебания с частотой, соответствующей воздействиям,и частотой примерно 0,33 Гц, нерегулярные - без четкой пространственно-временной структуры.

В данной серии экспериментов мы не выявили значительных индивидуальных различий при выполнении задания.

В четвертой главе излагаются результаты исследования процесса фиксирования-стабилизации усилия.

Задача испытуемого состояла в удерживании визира в определенной точке экрана при фоновом усилии на рукоятке 500г (Ку=0,24 мм/г) или 900 г (Ку=0,07 мм/г) по одной из степеней свободы или по обеим сразу. В течение первых 15 секунд испытуемый работал под зрительным контролем, затем визир выключался, и в течение последующих 45 секунд испытуемый должен был сохранять заданное положение визира. Регистрировались усилия по обеим степеням свободы. В опытах участвовало 9 человек, в общей сложности было обработано 192 реализации процесса фиксирования-стабилизации.

Было выявлено, что фиксирование заданного усилия представляет собой колебательный процесс динамического уравновешивания: фаза усиления сменяется фазой ослабления и т.д. В условиях зрительного контроля амплитуда колебаний составляет 70-80% от минимальных управляющих воздействий при таких же фоновых усилиях. После выключения визира в действиях испытуемого наблюдается три периода: I) период относительно точной фиксации, когда ошибка не выходит за пределы, тлевшие место при зрительном контроле; 2) переходный период, в котором появляется и нарастает ошибка фиксирования; 3) установившийся период, в течение которого происходит стабилизация ошибки на некотором отличном от начального уровне.

Продолжительность первого периода представлена функцией вероятности точного фиксирования одновременно по обеим степеням свободы (Р, %) в зависимости от длительности промежутка времени, прошедшего после выключения визира Ц, с). Вероятность точного фиксирования не зависит от величины фонового усилия.Для обоих значений фоновых усилий функции имеют вид нисходящей экспоненты и аппроксимируются выражением:

р = При

р ^ 6 при .

Длительность переходного периода лежит в пределах от I до 30 секунд. Анализ эмпирических распределений длительностей переходного периода показывает, что они имеют экспоненциальный вид, и также не зависят от величины фонового усилия. По результатам измерения ошибки фиксирования построены функции средней абсолютной ошибки, т.е. взятой по модулю разности заданного и прикладываемого усилий, в зависимости от длительности промежутка времени, прошедшего после выключения визира. Ошибка значительно нарастает в течение первых 20-25 с и затем стабилизируется на определенном уровне. Для разных фоновых усилий ошибки отличаются по абсолютной величине, но их отношение к фоновому усилию примерно одинаково и изменяется только во времени. Величина относительной ошибки %) в зависимости от длительности промежутка времени, прошедшего после выключения визира ( £ , с), аппроксимируется выражением:

Таким образом, можно утверждать, что вероятность точного фиксирования, длительность переходного периода и величина относительной ошибки не зависят от величины фоновых усилий в диапазоне 500900 г. Дополнительный анализ данных показал, что эти характеристики в большей степени определяются Направлением усилия. После выключения визира усилие прикладываемое в направлении от себя -к себе быстрее выходит за заданные пределы и имеет большую ошибку, чем усилие прикладываемое в направлении влево-вправо. По-видимому, это обусловлено биомеханикой руки.

При выполнении фиксирования-стабилизации значительно варьирует среднеквадратическое отклонение как по группе испытуемых в целом, так и индивидуально, практически' оно равнялось величине ошибки. По результатам экспериментов были выделены группы успешных и неуспешных испытуемых. Опрос испытуемых показал, что в группу ус-

пешных вошли испытуемые с развитыми сенсомоторными навыками -любители мастерить и серьезно занимающиеся спортом.

Особенности выполнения задачи фиксирования-стабилизации мы связываем с функционированием регулирующих психических образов. В условиях зрительного контроля формируется образ-восприятие конкретной ситуации, в котором в чувственно-наглядной форме отражены направление и величина усилия прикладываемого к рукоятке. После выключения визира за счет функционирования образа-восприятия некоторое время поддерживается высокая точность слежения, затем постепенно происходит его распад (переходный период), а в установившемся периоде регулирующую функцию действий оператора полностью принимает на себя образ-представление о заданном усилии, уровень точности которого существенно отличается от образа-восприятия. Длительность периода точной фиксации характеризует устойчивость управляющего образа - чем больше длительность периода, тем выше устойчивость образа, и наоборот. Длительность переходного периода характеризует скорость распада образа - чем больше длительность периода, тем медленнее происходит распад ("угасание"), и наоборот. Величина ошибки установившегося периода характеризует четкость образа - чем меньше ошибка установившегося периода, тем выше четкость образа-представления, и наоборот.

В пятой главе излагаются результаты исследования слежения за динамическим входным сигналом посредством изотонической и изометрической рукояток. В литературном обзоре рассматриваются показатели эффективности слежения (В.М.Водлозеров, 1972; М.А.Кремень, 1977; Е.С.Поултон, 1967; И.Е.Цибулевский, 1981 и др.), особенности формирования навыка слежения (В.М.Водлозеров, 1984; В.И.Зо-рилэ, А.С.Кузьмин, А.В.Чунтул, 1932; Е.А.Иванов, 1977; И.А.Кремень, 1977; Б.Ломов, 1984; Б.Н.Митрофанов, 1982; Г.В.Суходоль-ский, 1964 и др.), приводятся немногочисленные данные о сравнительной эффективности подвижных и силовых органов управления (Ю.Т.Шапков и др., 1988;С.В.Сс&Ь5 , 1954; 1.1). е±. а.1. ,

1958;Т.М.ЫоЬг<г.гта*^Ъ. К.Ти^сшо, 1980).

Методика исследования. Независимый сигнал-квадрат перемещался по горизонтали на экране индикатора по сложному квазислучайному закону - сумме четырех синусоид. Задача испытуемого состояла в том, чтобы как можно более точно совмещать визир-перекрестие и цель-квадрат. Использовались пять уровней входного сигнала, раз-

личающиеся средним темпом изменения целью направления движения от 0,5 до 3 раз в секунду, при этом возрастает и скорость перемещения цели. На регистраторах ошибки фиксировалась суммарная ошибка по положению по обеим степеням свободы за 80 с слежения. Рассчитывался коэффициент относительной эффективности (К0 ): Ксд = 4 — А/0 , где А - ошибка оператора, 0 - ошибка в условиях, когда управляющие воздействия оператором не производятся (визир находится в центре экрана). Чем ближе Коэ к I, тем более эф-фиктивно слежение. Рассчитывалась также средняя ошибка по положению. Коэффициенты усиления для обеих рукояток были подобраны по методике минимальных управляющих воздействий так, чтобы оператор мог перемещать визир со средней амплитудой 5 мм в любой точке траектории цели. В опытах участвовало 4 человека, сначала они осваивали изометрическую рукоятку, затем изотоническую. Испытуемый проходил по I тренировке в день в течение 9 дней, за I тренировку два раза предъявлялись все 5 темпов входного сигнала.

В результате экспериментов было выявлено, что при различных темпах движения цели действия оператора регулируются разными способами. При темпе I раз в секунду и менее оператор выполняет точные, дозированные управляющие воздействия. Ошибка слежения минимизируется по рассогласованию положений визира и цели в каждый данный момент времени. При темпах 2 и 3 раза в секунду действия оператора близки к баллистическим, он ориентируется в основном на амплитуду и частоту перемещения цели. Соответственно, в процессе тренировки в первом случае совершенствуются точностные, дозированные управляющие воздействия, требующие непрерывного соизмерения сигналов внешнего и внутреннего контуров регулирования. Во втором случае совершенствуются воздействия типа баллистических, когда контроль осуществляется не по ходу выполнения воздействия,1 а по конечному результату. Соизмерение сигналов внешнего и внутреннего контуров происходит в целом за период перемещения цели в одном направлении. 1

Эффективность слежения зависит от темпа входного сигнала - чем выше темп, тем меньше эффективность. В ходе тренировки эффективность слежения повышается, но неравномерно. Для медленных темпов 0,5 и I эффективность слежения увеличивается незначительно - с 0,95-0,96 до 0,98-0,99 и с 0,75-0,84 до 0,93-0,95 соответственно -высок ее начальный уровень. В данных условиях на последних трени-

ровках средняя ошибка по положению меньше уровня минимальных управляющих воздействий и составляет менее 4,5 мм, что свидетельствует о достаточно высокой точности слежения. Для темпов 2 и 3 прирост эффективности в ходе тренировки более значителен, Коэ повышается от 0,41-0,49 до 0,73-0,75 и от 0,10-0,13 до 0,43-0,44 соответственно.

Различий в эффективности слежения по критерию суммарной ошибки по положению между типами рукояток нами обнаружено не было. Для всех темпов входного сигнала, на последних тренировках различия составляют не более 0,01-0,05, значения ¿-критерия лежат ниже критических. Несколько большие различия имеются на двух первых тренировках для темпов I, 1,5 и 2 - 0,08-0,10. Чтобы уточнить, связаны ли они с эффектом переноса навыка или с меньшей привычностью силового органа управления, мы провели дополнительную серию экспериментов из двух тренировок, в которой участвовало 12 человек по перекрестной схеме. Оказалось, что и на первых тренировках различия при использовании изотонической и изометрической рукояток отсутствуют, а данные основного эксперимента обусловлены эффектом переноса навыка. Интересно отметить, что субъективно испытуемые оценивали изометрический 0У как менее привычный, им казалось, что при работе с ним их результаты хуже, чем с изотоническим 0У.

Индивидуальные различия при слежении за динамическим входным сигналом возрастают с увеличением темпа, а в ходе тренировки тлеют тенденцию к сглаживанию до определенного уровня. Исключение составляет темп 3 раза в секунду (максимальная скорость перемещения цели достигает 740 мм/с), при котором различия в ходе тренировки нарастают. Анализ микроструктуры управляющих воздействий показал, что при использовании изотонической рукоятки отслеживание сигнала, как правило, сопровождается паузой в момент изменения целью направления движения, при работе с изометрической рукояткой этот участок траектории отрабатывается более плавно. Кроме того, время запаздывания на изменение направления движения цели для изометрической рукоятки меньше, чем для изотонической, на 0,07 с на первых тренировках и на 0,04 с на последних (различия значимы пой -критерию, р<0,01).

Как указывалось, слежение было одномерным. При управлении изометрической рукояткой по второй (неосновной) координате наблюда-

ются непроизвольные колебания. Нами была измерена величина этих колебаний и показано, что они увеличиваются с ростом темпа входного сигнала и уменьшаются в процессе тренировки.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны методические приемы для исследования управляющих действий человека-оператора: методика минимальных управляющих воздействий и методика фиксирования-стабилизации.

2. Сформулировано требование, которому должен отвечать оптимальный коэффициент, усиления в системе нулевого порядка. Оптимальным является такой коэффициент усиления, который позволяет оператору выполнять минимальные управляющие воздействия на объект на уровне точности задаваемом визуально при наименьшей длительности воздействия. Коэффициенты усиления, подобранные на основе данного требования, обеспечивают возможность эффективного отслеживания одномерного квазислучайного сигнала со средней пространственной ошибкой менее 4,5 мм при скорости перемещения цели до 220 мм/с и темпе изменения направления движения цели до I раза в секунду.

3. Количественно оценена "разрешающая" способность руки, понимаемая нами как величина перемещения органа управления или.усилия, прикладываемого к нему, при выполнении минимального управляющего воздействия на объект. Были установлены следующие диапазоны "разрешающей" способности руки: для изометрической рукоятки от

23 до 119 г при затратах времени 0,43-0,60 с на одно воздействие, для изотонической рукоятки от 0,36 до 0у86 мм при затратах времени 0,63-0,75 с на одно воздействие.

4. Выявлено, что на величину и длительность минимального управляющего воздействия при работе с рукоятками обоих типов, как минимум, влияют: коэффициент усиления, наличие или отсутствие зрительного контроля за действиями. Кроме того, для изометрической ркоятки важную роль играет величина фонового усилия, от которой зависит амплитуда минимального управляющего воздействия..,

5. В отношении сравнительной эффективности двух типов органов управления установлено, что при выполнении задачи минимальных воздействий и слежения за динамическим входным сигналом (в условиях наличия зрительного нонтроля и оптимального коэффициента усиления) управление и изотонической и изометрической рукоятками осуществляется одинаково точно. Менее точным управление изометрической рукояткой оказывается при отключении зрительной обратной

связи - значительно возрастает амплитуда минимального воздействия и ошибка при удерживании заданного усилия. По временным характеристикам работа с изометрической рукояткой более эффективна, чем с изотонической - меньше длительность минимального управляющего воздействия и время запаздывания при динамическом слежении.

6. Рассчитаны характеристики, с которыми человек-оператор выполняет 'задачу фиксирования-стабилизации посредством изометрической рукоятки под зрительным контролем и без него. Вероятность точного фиксирования, длительность переходного периода и величина относительной ошибки не зависят от величины фонового усилия

в диапазоне 500-900 г.

7. Исследовано явление взаимовлияния каналов управления при работе с двухстепенной изометрической рукояткой. Показано, что оно вызывается колебаниями различных видов, имеющими непроизвольный характер. Средняя амплитуда дополнительных колебаний при выполнении минимальных управляющих воздействий составляет 30-40% от основных воздействий. В задаче слежения за динамическим входным сигналом взаимовлияние возрастает с увеличением скорости движения цели и снижается по мере тренировки.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Особенности регулирования усилий человеком при работе с изометрическим органом управления//Вестник Ленинградского университета. Сер.б. 1991. Вып.2 №13). С.119-121.

2. 0 регулировании усилий оператором при управлении посредством изометрической рукоятки//Проблемы инженерной психологии: Материалы УП Всесоюз.конф. по инженерной психологии (6-8 февраля 1990 г.). Л., 1990. С.165.

3. О динамических образах, регулирующих действия слежения-управления//Безопасность и эффективность эксплуатации воздушного транспорта: Тезисы докладов на 1У Всесоюз. научно-практической конф. по безопасности полетов. Секция 2. Отбор и подготовка авиационных специалистов. Л.: ОЛАГА, 1985. С.З. (Совместно с М.И.Бойко, В.М.Водлозеровым).