Технология оценки уровня деятельности операторов в человеко-машинных системах

Князев, Виктор Анатольевич

Темы диссертаций по психологии » Психология труда. Инженерная психология, эргономика.

автореферат и диссертация по психологии 19.00.03 для написания научной статьи или работы на тему: Технология оценки уровня деятельности операторов в человеко-машинных системах

Автореферат

Автор научной работы: Князев, Виктор Анатольевич
Ученая степень: кандидата технических наук
Место защиты: Москва
Год защиты: 2005
Специальность ВАК РФ: 19.00.03

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Технология оценки уровня деятельности операторов в человеко-машинных системах"

На правах рукописи

Виктор Анатольевич Князев

ТЕХНОЛОГИЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАТОРОВ В ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ СИСТЕМАХ

Специальность: 19.00.03 — Психология труда, инженерная

психология и эргономика.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сан к I-Петербург - 2005

Работа выполнена в ФГУП "Волна"

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Падерно Павел Иосифович

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Евхрафов Владимир Гсортиевич кандидат технических наук,

стрший научный со грудник Нсфсдович Александр Валерьянович

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государс! венный

морской технический университет

Защита состоится "13" т^-сГ^ 2005г. в /2- часов на заседании диссертационного совета Д 212.238.06 Сашп-Пегсрбургско!о государственного электротехническою университета "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Пе1ербур|, ул. Проф. Попова, 5.

С диссер1ацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Юлдашсв З.М.

1. Общая характеристика диссертационной работы

ее

Деятельность широкого круга современных специалистов все более приобретает характер операторской деятельности. Многообразие систем и технологий порождает многообразие видов деятельности операторов, к качеству подготовки которых преоъявляется единое требование — наличие профессио-начьных умений и навыков в выполнении функциональных обязанностей (определенного набора алгоритмов деятельности) Для анализа степени выполнения этого требования необходима всесторонняя оценка уровня операторской дея-те ¡ьности

Под уровнем деятельности понимается форма осуществления деятельности, описываемая характеристиками осознанности, разумности, абстрактности, обобщенности, развернутости, контроля выполнения и освоенности Характеристика результативности для описания уровня деятельности не используется Различают следующие уровни деятельности 1) деятельность в материализованном виде (по инструкции), 2) внешнеречевая деятельность; 3) деятельность во внешней речи про себя (умение), 4) деятельность во внутренней речи (навык).

Формирование уровня деятельности производится путем решения ряда учебных задач Выделяют две категории действий и задач- учебные и критериальные. В сфере подготовки операторов имеет место ситуация, когда задача, являющаяся критериальной, используется как учебная задача, предназначенная ддя обучения решению этой критериальной задачи Однако одинаковые действия обучаемого с позиций решения учебной и критериальной задач оцениваются по-разному с позиций критериальной задачи — по степени достижения цели, указанной в формулировке задачи, с позиций учебной задачи — по степени освоения рационального способа действий, т е достигнутому уровню деятельности. При этом эти оценки могут не совпадать.

Ии ооин из существующих методов квалиметрии деятельности не предназначен дчя оценки качества решения учебных задач и не способен обеспечить всестороннюю оценку уровня деятельности

Таким образом, существует противоречие между формулировкой требований к уровню подготовки операторов, определякпцих необходимый уровень деятельности (умение, навык), и отсутствием методов описания и оценки уровня операторской деятечьности.

Наличие этого противоречия определяет существование актуальной научно-технической задачи объективизации оценки уровня деятельности операторов в человеко-машинных системах

РОС КАЦЕЮВАЛ ЬМАЯ БИБЛИОТЕКА

Решение данной задачи возможно на основе методологии эргономически о и психолого-педагогического проектирования и требует формализации данных педагогики и психологии в отношении процессов формирования деятельности и представления этих результатов средствами эргономических методов описания деятельности.

Проблема подготовки операторов, создания и обеспечения эффективности тренажеров всегда находилась в поле зрения ведущих ученых

Данное диссертационное исследование, посвященное решению научно-технической задачи разработки моделей и алгоритмов оценки уровня операторской деятельности, непосредственно базируется на результатах исследований докторов наук А.И. Губинского, В Г Евграфова, В В Кобзева, В М.Львова, П И Падерно, А Н. Печникова, О М Туровского, П Я Шлаена, В Ф Шпака и др

Подход к решению вышеуказанной научно-технической задачи основан на положении о том, что процесс освоения операторской деятельности определяется динамикой двух взаимосвязанных параллельных процессов' 1) процесса увеличения безошибочности и быстродействия выполнения отдельных операций алгоритма деятельности, 2) процесса изменения функциональной структуры деятельности (ФСД).

На основе синтеза этого положения и теории интериоризации была сформулирована следующая гипотеза диссертационного исследования

Есчи изменение функциональной структуры беяте ¡ьности оператора в процессе его подготовки имеет место, то она дои/сна проявиться в изменении соотношения взаимно соответствующих значений показателей безошибочности и своевременности действий, а само соотношение этих показатечеи должно определять уровень операторской деяте Iыюсти

Для подтверждения справедливости этой гипотезы было необходимо-

1 Определить этапы изменений рабочей операции нормативного алгоритма деятельности, типы изменений и их характеристики

2 Разработать математические модели типовых функциональных единиц (ТФЕ), описывающих каждое из изменений рабочей операции

3. Обосновать правило идентификации типа реализованной трансформации на основе экспериментальных данных о безошибочности и своевременности действий оператора.

4 Разработать модели и алгоритмы оценки уровня операторской деятельности.

5 Произвести экспериментальную проверку адекватности разработанных моделей и процедур

Решение этих задач и составляет суть диссертационного исследования

Актуальность исследования определяется существованием: 1) проблемы обеспечения необходимого качества подготовки операторов; 2) общеэргономической проблемы описания операторской деятельности на этапе ее формирования; 3) проблемы технологизации обучения; 4) противоречиями между формулировкой требований к качеству подготовки операторов и отсутствием методов оценки уровня операторской деятельности.

Целыо исследования является обеспечение адекватности оценки уровня подготовки операторов.

Теоретическим базисом исследования являются концепции современной психологии и эргономики, а методологическими средствами — методология эргономического и психоло! о-педагогического проектирования.

Объектом исследования являегся динамика уровня операторской деятельности в процессе ее освоения, а предметом — функциональная структура деятельности оператора и ее характеристики. Ограничение-, в диссертации не рассматриваются показатели психофизиологического состояния операторов.

Для решения задач исследования в диссертационной работе использова-тсь счедукпцие методы ■ 1) обобщенный структурный метод (ОСМ); 2) методы математического программирования; 3) методы имитационного моделирования, 4) методы математической статистики, а также современные концепции педагогической и инженерной психологии.

На защиту выносятся:

/. Теоретические положения, имеющие значимость для современной эргономики и инженерной психологии:

1.1. На этапе освоения нового вида деятельности ФСД оператора вариативна. Трансформация ФСД операгора в процессе его подготовки есть акт первоначального ввода в любую рабочую операцию нормативного алгоритма деятельности ряда избыточных операций, которые обеспечивают выполнение соответствующей рабочей операции в условиях низкой безошибочности действий оператора, и последующий процесс поэтапного исключения этих избыточных операций по мере роста безошибочности выполнения рабочих операций.

1.2. Различия уровней деятельности проявляются в содержании ориентировочной и контрольной частей любого действия. При этом содержание исполнительной части действий остается неизменным на всех этапах и соответствует нормативному алгоритму деятельности. Наличие в ФСД оператора тех ориентировочных и контрольных действий, которые являются избыточными по отношению к нормативному алгоритму деятельности и отражают степень соответствия операторской деятельности умению и навыку, может быть установлено на основе измерения параметров исполнительной части соответствующих действий (рабочей операции).

2. Научные результаты, приставляющие определенную ценность для подготовки операторов:

2.1. Концептуальная иооель оценки уровня операторской деятельности, включающая концептуальную модель изменений ФСД оператора в процессе освоения деятельности, структуры представления рабочей операции на различных этапах освоения деятельности и схему оценки этих структур на основе показателей результативности действий оператора.

2.2. Функциональные структуры и математические модели рабочей операции деятельности на розничных этапах ее освоения, сформулированные в терминах ОСМ.

2.3. Методика построения номограмм кшчичетрииуровня операторской деятечьности, включающая математические модели оценки прогнозируемых границ областей допустимых значений (ОДЗ) показателей безошибочности и своевременности и процедуру построения номограммы.

2.4. Методика оценки уровня операторской Оеятельности, включающая математические модели оценки фактических границ ОДЗ различных типов ФСД, а также процедуру определения уровня деятельности и количественной оценки степени его сформированное™.

Новизна первого научного результата обусловлена разработкой подхода к описанию и оценке уровня деятельности и состоит в синтезе положений педагогической психологии и эргономики в отношении характера операторской деятельности на различных этапах подготовки и определении: 1) состава рабочей операции нормативного алгоритма на различных уровнях деятельности оператора; 2) обобщенной модели идентификации уровня деятельности оператора на основе анализа показателей безошибочности и своевременности.

Новизна второго научного результата состоит в обосновании и разработке функциональных структур рабочей операции на различных уровнях деятельности оператора и математических моделей оценки этих структур.

Новизна третьего научного результата состоит в определении границ областей допустимых соотношений показателей безошибочности и своевременности действий, соответствующих каждому из уровней операторской деятельности, и разработке процедуры построения этих областей

Новизна четвертого научного результата состоит в разработке: 1) математических моделей и формальной процедуры идентификации уровня операторской деятельности на основе измерения безошибочности и своевременности единственной реализации рассматриваемого нормативного алгоритма деятельности; 2) показателя уровня деятельности, обеспечивающего количественную оценку степени сформированности уровня деятельности и профессионального навыка как конечной цели подготовки операторов.

Достоверность обоснованных в диссертации положений и полученных научных результатов обеспечена-

1) их базированием на апробированных теориях и концепциях эргономики, педагогической и инженерной психолог™;

2) применением апробированных методов исследования

и подтверждена:

1) резулыатами экспериментов по оценке адекватности разработанных моделей и алгоритмов;

2) достаточной апробацией и публикацией полученных результатов.

Теоретическая значимость работы состоит в обосновании положения об

изменении функциональной операторской деятельности в процессе освоения ее нового вида (нормативного алгоритма) и возможности оценки уровня деятельности на основе соотношения показателей безошибочности и своевременности.

Практическая ценность работы заключается в разработке математических моделей и процедур оценки уровня операторской деятельности.

Результаты внедрены в НИР "Эрго" (ФГУП "Волна"), НИР "Авангард-2" (БГТУ "Военмех"), ОКР "Лира-77" (ЗАО "Пассат", ФГУП "Волна").

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных рабог, в том числе - 5 статей, тезисы к 5-ти докладам в сборниках трудов Всероссийских и Региональных научно-технических конференций, 1 патент на полезную модель

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 55 наименований и одного приложения. Основная часть работы изложена на 138 страницах машинописного текста. Работа содержит 56 рисунков и 28 таблиц.

2. Содержание диссертационной работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены задачи исследования, сформулированы основные положения и научные результаты, выносимые на защиту, дана краткая характеристика их новизны, достоверности, теоретической значимости и практической ценности.

В первой главе проведен анализ квалификационных требований к операторам, показателей операторской деятельности, существующих методов описания и оценки операторской деятельности. На основе результатов этого анализа сформулирована актуальная научно-техническая задача, цели, задачи, объект и предмет исследования.

Во второй главе обоснована концептуальная модель изменений ФСД оператора в процессе ее освоения и математические модели представления рабочей операции деятельности на различных этапах подготовки оператора.

Обоснована целесообразность принятия в качестве психологической основы для анализа процессов формирования операторской деятельности теории интериоризации (поэтапного формирования умственных действий), на ос поп с которой образ действия и среда действия объединяются в единый структурный элемент, называемый ориентировочной основой действия (ООД). Действие включает ориентировочную, исполнительную и контрольную часть, состоящие из ряда действий и процедур. Выделено 5 основных этапов усвоения новой деятельности. Показано, что только исполнительная часть действия непосредственно проявляется в деятельности, а ориентировочная и контрольная части прямых проявлений не имеют.

Анализ характеристик этапов формирования деятельности позволил сделать следующие выводы:

1. В общем случае действие включает одну исполнительную (рабочую) операцию, а также набор ориентировочных и контрольных операций, обеспечивающих ее правильное выполнение. Внешнее проявление имеет только рабочая операция, а ориентировочные и контрольные — не имеют.

2. Операции, входящие в состав действия, образуют ФСД, организация которой обеспечивает безошибочность выполнения рабочей операции.

3. Характеристики развернутости, освоенности и контроля действия тесно взаимосвязаны. Сочетание уровней их сформированное™ определяется этапом формирования действия, а степень сформированности растет по мере прохождения этих этапов.

4. Различия этапов формирования деятельности проявляются в содержании ориентировочных контрольных операций. Содержание рабочей операции неизменно и соответствует нормативному алгоритму деятельности.

5. В период освоения нового вида деятельности ФСД оператора оттча-ется от нормативного алгоритма и является вариативной

6 Различия в уровнях деятельности определяются характером ориентировочных и контрольных операций. Для опредечения уровня деятельности достаточно определить наличие и характеристики Оопошительных ориентировочных и контрольных операций, вхоОящих в ее ФСД.

Факты введения и исключения дополнительных операций можно выявить только путем оценки параметров рабочих операций.

В диссертации показано, что влияние ФСД на показатели безошибочности В = и своевременности Т = (где: ^ — функциональная струк-

тура фактической деятельности (фактическая ФСД), п — число ошибок, допу-

щенных в процессе деятельности) определяет следующие закономерности их изменения: 1) время Г выполнения деятельности тем меньше, чем выше ее безошибочность В\ 2) время Т выполнения деятельности тем меньше, чем меньше число избыточных операций ориентировки и контроля в составе ФСД.

Показано, что процесс освоения деятельности включает два относительно самостоятельных процесса: 1) процесс роста безошибочности В выполнения рабочих операций; 2) процесс включения в ФСД, а затем исключения из нее избыточных ориентировочных и контрольных операций.

кс ш фактическое время Т, выпочнения оействия при безошибочности В, меньше нормативного времени Т^1 вы по тения ФСД типа /•/, соответствующей уровню I деяте Iьности, при той же безошибочности В„ то ФСД типа Р/ у нее сформирована, а фактический уровень 1ф деятельности — выше уровня I этого типа ФСД Процедура проверки выполнения этого условия в отношении всех уровней (этапов формирования) позволяет однозначно идентифицировать уровень оцениваемой деятельности.

Описанные закономерности позволяют представить процесс изменений рабочей операции и процесс оценки уровня деятельности в виде концептуальной модели, которая представлена на рис. 1.

Практическая реализация этой модели требует наличия опенок следующих

показателей: Вг, Значения показателей Т„ В, могут быть определены

экспериментально, а показателей {Т7/'} — только путем их моделирования. Полому возможность оценки уровня деятельности определялась наличием описания рабочих операций для всех этапов формирования деятельности.

В диссертации разработаны комплекс функциональных структуры и математических .моде ¡ей рабочей операции на различных этапах ее освоения:

1 Типоьая функциона шная структура (ТФС) эквивалентная ТФК И, ("работа") о ш зтапа формирования деятечьности как внешнеречевой, которой соответствует ТФС ОКРК ("ориентировка - контроль правильности функционирования - работа - контроль правильности функционирования").

Получены формулы для расчетов характеристик безошибочности и своевременности выполнения единичной ТФЕ ОКРК.

2. ТФС эквивалентная ТФЕ Р, ("работа") для этапа формирования дея-течьности во внешней речи про себя.

На этом этапе формирования деятельности ТФЕ Р, ("работа") соответствует ТФС РК, ("работа — контроль правильности функционирования"). Структура ТФС ОКРК, приведена на рис. 2.

Эксперименталь- Т,

ная оценка В, ' _ , '/А:

Неизвест- -ный уровень деятельности V у Нормативная рабочая операция Я4.

Структуры рабочей операции нормативного алгоритма на различных этапах формирования деятельности

Уровень навыка Нормативная рабочая операция % 1 йз О. в к щ

Уровень умения Нормативная рабочая операция Щтт » ыжт- . .уМ Те-2

Неосвоенная деятельность ¡«женти» шщШ-, Р&Щ Нормативная рабочая операция Операция контроля тпопне- Щ0Г' * а««".- ® X в I К I £ П;

Деятельность по инструкции ф ' / / // рева« Операция тфиШ! орАй*- рРВЙЙ Нормативная рабочая операция контроле выкали®»' НЙЯ т?*

Л)

«А®

чях операции нормативного зя-

вторая закономерность; время 7" деятельности тем меньше, чем меньше чисто избыточных операций ориентировки и контроля

Первая закономерность: время Г деятельности те« меньше, чем выше безошибочность В выполнения рабочих операций

Рис. 1. Концептуальная модель оценки уровня операторской деятельности

Рис. 2. Структура ТФС РК, и ее свертка в ТФЕ РК,

Характеристики единичной ТФЕ РК, рассчитываются но формулам, аналогичным формулам ОСМ.

3 ТФС эквивалентная ТФЕ Р, ("работа") от )тапа формирования дея-тепности во внутренней речи

На этапе формирования деятельности во внутренней речи ТФЕ Р, ("работа") соответствует общепринятая в ОСМ ТФЕ Р^К, ("рабочая операция с самоконтролем функционирования") Выведены формулы для расчета безошибочности и времени выполнения ТФЕ РСК,.

Предписанный (нормативный) алгоритм, состоящий из нескольких рабочих операций, рассчитывается по общепринятым формулам

1=1 1=1

в которых в качестве характеристик единичной операции используются характеристики ТФС, рассчитанные по ранее полученным формулам.

Поскольку сложные ТФЕ (функциональный контроль, дишностический контроль и тд.) могут быть сведены к последовательности рабочих операций, то наличие разработанных моделей позволяет идентифицировать уровень деятельности оператора при выполнении любого нормативного алториша.

В третьей главе разработана методика построения номограмм квалимег-рии уровня операторской деятельности и методика квалиметрии уровня операторской деятельности Контроль действий оператора позволяет определи (ь: I) время Т„ выполнения дея[вльности; 2) число у'Д/ = 1,и;у -1,»») попыток выполнения каждой /-ой рабочей операции.

Число /, попыток выполнения рабочих операций позволяет получить апостериорные оценки безошибочности: РФ — /-го действия, которое имеет неизвестную ФСД, входящую в набор V - (ОКРК\ РК\ Р( 7С;!') возможных ФСД; Д., —всего нормативного алгоритма.

Для квалиметрии уровня операторской деятельности оценки Тф и Д., рассматриваются в качестве координат точки 0(Тф.р!;) на плоскости 71,,ОД', .

Номограммы квалиметрии уровня операторской деятельности (см. рис. 2) представляют собой построенные в координатах Д ОД', области допустимых значений (ОДЗ) рассматриваемых типов Р" = {()КРК\ РК; РСК\ Р) ФСД (ОДЗ /'ОИ-К, ОДЗ ОДЗ />,ь, ОДЗ Р\.) для точек П{Т,ь,р[,) (пар показателей Та и РФ), служащие для идентификации уровня фактической деятельности.

Оценка уровня деятельности сводится к определению показателей Тф, рф и нанесению точки 0(ТФ,РФ) на номограмму. Попадание этой точки в ОДЗ одного из типов ФСД идентифицирует уровень /(/ = 1,4) деятельности: ОДЗ

/Чжрк ~М; ОДЗ РРК —1=2, ОДЗ /-РСК - /=з, ОДЗ Р\. —1=4.

ТФ

140,0 -

100,0 -

120,0

- ОДЗ Р\жрк

- ОДЗ /чжрк

- ОДЗ И0КРК

80,0 V.

60,0 --

20,0 --

40,0 --

- Т ^окрк

- Т Р окрк

- Т^окрк

- Т ^окрк

0,0

-I--I--(---1-1-^--1-1 рф

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Рис. 3. Общий вид номограммы для оценки уровня деятельности

Характеристики уровней деятельности приведены в габл. 1.

Таблица 1

Характеристика идентифицируемых уровней операторской деятельности

Обозначение V ровня Наименование уровня Наименование ОДЗ Функциональная стру кту ра деятельности Характеристика этапа формирования деятельности

Тип Характеристика в психологии в эргономике

1 уровень (/ = 1) Деятельность по инструкции 9ДЗ /•окис /^ОКРК Ориентировка -контроль ориентировки - работа -конIроль функционирования Формирование деятельности в материализованном виде Формиро вание Рокрк

2\ровень "(/ = 2) Деятельность без инструкции ОДЗ /•рк •Ррк Работа - контроль фу нкционирования Формирование деятельности как внешнеречевой Переход от Рокрь к Fpк

3 уровень Умение ОДЗ /""рек Г\х к Работа с параллельным контролем фу нкционирования Формирование деятельности во внешней речи про себя Переход от Я* К /"рек

4\ровень '(1-4) Навык ОДЗ Гр Работа Формирование деятельности во внутренней речи Переход от Рп к к Кр

Поскольку номограммы для оценки уровня деятельности должны сгро-иться в координатах Тф0/3]ф, а не ТгО/?;,, то для определения границ ОДЗ для разных ФСД разработан специальный набор формул.

В диссертации обоснованы следующие свойства номограмм: 1. В отношении отдельного действия номограммы универса 1ьны, те номограмма действия можем быть использованы для оценки уровня освоения рассматриваемого действия (уровня деятельности при выполнении этого действия) в любом нормативном алгоритме деятельности.

2 Каждый нормативный алгоритм деяте чья ости требует расчета и построения своей номограммы д чя оценки уровня деятельности

Конкретной реализации любого нормативного алгоритма, характеризуемой на номограмме уровня деятельности точкой 0(ТФ,РФ) соответствует свой уникальный набор точек 0(ТГ, рф)

{ПокрЛТонгк'РЛ О/Л^/и; оИ(К(трг^рф)}, (2)

определяющих уровень деятельности оператора Координаты этих точек имеют ограничения: Г0™ < Токг, < Г™,; Т™ < Ти, < ГГ; Г™ < ТНК < Т™, ой-ределяющие их принадлежность к ОДЗ соответствующего типа ФСД Точки (2) обеспечивают точную оценку уровня деятельности, но определяются апостериори и не могут быть использованы для построения номограмм.

Исследована зависимость максимального времени деятельности от общей безошибочности Д, и ее поведение при возрастании безошибочности.

Показано, что функция, определяющая зависимость минимально возможного времени деятельности от общей безошибочности Д,, совпадает с прямой, которая при отсутствии других ошибок определяет зависимость Тф от

безошибочности Д, выполнения ¡-ой нормативной операции, имеющей минимальное нормативное время выполнения (Ти = min).

Показано, что для любого из рассматриваемых типов ФСД ОДЗ точек !)(7), Д) априори может быть ограничена только снизу, причем нижняя граница ОДЗ определяется функцией 7™'п (Д^), которая при отсутствии ошибок в других операциях определяет зависимость времени деятельности от безоши-

тивным временем выполнения ( Тр = min).

Разработанная методика построения номограммы оценки уровня опера-торскои деятельности вктчает следующую посчедоватечьность действий-1 Для всех действий нормативного алгоритма определяются нормативные

значения К)?, К)1, К™, К™,ß^, Д°, К^, К™ операций ориентировки,

контроля ориентировки и работы, 2) временные нормативы Тр ,Т0 . Т1(), Тм, ,

2. . По приведенным в диссертации формулам для определяющих точек шкалы Д производится расчет тех значений функций 7]. (Д1,) отдельных действий, которые соответствуют условиям, приведенным в (3).

3. Для определяющих точек шкалы ¡}ф по формуле (3) рассчитываются значения функции Т"т (Д,,) для всех типов ФСД.

4. Строятся графики Т™(РФ) и определяются ОДЗ всех типов ФСД.

Необходимость построения номограмм отпадает при использовании следующей метоОики квашметрии уровня операторской деяте Iьности:

1. Производится контроль фактической деятельности оператора: 1) фиксируется фактическое время Тф выполнения деятельности, 2) для каждого /-ого действия фиксируется число} попыток его выполнения.

2. Оценивается фактическая безошибочность выполнения каждого действия и всего алгоритма в целом.

при

бочности Д, выполнения /-ой нормативной операции с минимальным норма-

-> г-г //10 г/11 г/О! г/0С1 п1 пО I/10 г/И

3. При нормативных значениях л,, , лл л,, , л/; , Д;, ра , Ка , л0 , Л^', А",1'" и достигнутом значении Р\ определяется граничное время выполнения каждого /-ого действия дня каждого из уровней деятельности (типов ФСД).

4 В соответствии с (3) оценивается нормативное время выполнения алгоритма (Тик,,к ,7].К,ТГ(К,ТИ) для рассматриваемого набора |Д^ | реализаций безошибочности выполнения отдельных операций на каждом из уровней деятельности (в каждой типовой ФСД ^ = (ОКРК; РК; РСК\ Р)).

5. Определяется уровень / операторской деятельности

6. Оценивается степень сформированное™ уровня деятельности.

Процедура оценки уровня деятельности приведена на рис. 4.

Начало

—Г"

[** Ввод результатов ТсР, {у,} действий оператора

Расчет

¡Л |

Расчет &

Ввод нормативных показателей

< а1 гт к01 »'П ^оо г01 ' т т

\ Но, > Но, >лч>ло,>ло,>лр >лл '¿О.^К.

для всех операций алгоритма дея!ельности

Расчет |Г„№А |,|,|ГЛСА. |.{7"; |

Расчет Токрк, , Трск, 7]-

Идентификация уровня деятельности -?-

Оценка сформированное™ > ровня деятельности

Конец

Рис. 4. Процедура оценки уровня операторской деятельности Процедура ориентирована на внедрение в состав ПО тренажеров

Ввиду отсутствия альтернативных методов проверка адекватности разработанных моделей и алгоритмов производилась по критерию соответствия траектории оценок уровня деятельности1 данным теории интериоризации- ее ¡и разработанные чодечи и алгоритмы аОекватно отображают пеятечьность оператора, то траектория оценок уровня вновь осваиваемой деятельности должна поспеооватечьно сверху вниз пересекать ОДЗ всех возможных типов ФСДи не может чежать в границах одной из них

В четвертой главе произведена оценка адекватности разработанных моделей и алгоритмов по результатам эксперимента.

Эксперимент проводился во ВМИРЭ на пульте коммуникации судовых средств РЭС, моделируемом на ПЭВМ, в 3 учебных группах с количественным составом от 34 до 39 курсантов: 1 группа (35 курсантов) — первый вариант пульта; 2 группа (34 курсанта)— второй вариант пульта РЭС; 3 группа (39 курсантов) — третий вариант пульта РЭС.

Эксперимент проводился в течение одного занятия, что исключало влияние забывания, и включал 30 заданий. Учебное задание включало предъявление состояния пульта РЭС и указания на включение (выключение) определенного РЭС. Время выполнения и число ошибок фиксировались автоматически и предъявлялись курсанту после выполнения задания. Предварительный инструктаж не включал описания осваиваемой деятельности, что исключало формирование ориен гировки в деятельности до начала эксперимента.

Наиболее вероятный вид траекторий оценок уровня деятельности в экспериментальных группах определялся путем расчета математических ожиданий координат точек й(Тф ,Д),) для каждой из 30 попыток выполнения алгоритма.

На рис 5 приведены кривые изменения коэффициента освоения, полученные в результате эксперимента и траектория оценок уровня деятельности в 1 экспериментальной группе.

Рис. 5. Характер изменения коэффициента освоения в 1 экспериментальной группе

1 Пол термином "траектория опенок \ ровня деятельности" понимается нанесенная на номограмму квэлимегрии \ ровня деятельности линия, которая соединяет точки П(Тф, ), отображающие результаты (индивидуальные или осредненные) последовательных попыток выполнения алгоритма деятельности

На рис 6 приведены траектории оценок уровня деятельности в 1 экспериментальной группе

По результатам эксперимента был сделан следующий вывод характер ш-менения эксперимента 1ъпых оценок уровня деятельности почностью соответствуют основным закономерностям формирования нового вида деятельности\ опредеченным в сфере педагогики и псшоюгии, а сами иооели и процеоу-ры квапиметрии уровня беятельности адекватно отражают характер операторской деятельности на этапе ее формирования

Тф [сек]

ОДЗ Гокгк

ОДЗ Ргк

100

о 1 0,0

'■^f'f

■ч

о I р

о г рек

Л Т РК

п г окрк

Трас-К1 ор и я о ц ен о к \ро Я И Я ДС Я IС 1БНОСТИ

Рис. 6. Траектория оценок уровня деятельности 1 экспериментальной группы (1 вариант пульта коммуникации средств РЭС)

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы

Список публикаций по теме диссертации

1 Князев, В А Некоторые проблемы оценки качества деятельности операторов человеко-машинных систем [Текст]/ В А Князев// Экономика и производство -№8-1999

2 Князев, В А Представление нормативного алгоритма деятельности на различных уровнях подготовки операторов ВМФ [Текст]/ В А Князев// Военная радиоэлектроника' опыт использования и пробпсмы подготовки специалистов' Материалы 12 науч.-практ. конф. - Петродворец: ВМИР'), 2001г.

3 Князев, В А Трансформация деятельности операторов человеко-машинных систем в процессе их подготовки [Текст]/ В А Князев// Новые технологии'научн-техн сб СПб, Моринтех, -2002 -Вып 18

4 Князев, В А Функциональная структура рабочей операции на различных уровнях операторской деятельности [Текст]/ В А Князев// Военная радиоэлектроника' опыт использования и проблемы подготовки специалистов Материалы 13 науч.-практ конф - Петродворец. ВМИРЭ, 2002г

5 Князев, В А Математические модели рабочей операции на различных уровнях операторской деятельности [Текст]/ В А.Князев// Военная радиоэлектроника опыт использования и проблемы подготовки специалистов Материалы 14 науч -практ конф - Петродворец' ВМИРЭ, 2003г

6 Князев, В А Номограммы оценки уровня операторской деятельности и методика их применения [Текст]/ В Л Князев// Военная радиоэлектроника опыт использования и проблемы подготовки специалистов' Материалы 15 науч -практ конф - Петродворец ВМИРЭ, 2004г

7 Князев, В А Автоматизация оценки уровня деятельности оператора в тренажерных системах ВМФ [Текст]/ В А.Князев// Военная радиоэлектроника опыт использования и проблемы подготовки специалистов' Материалы 16 науч -практ. конф - Петродворец ВМИРЭ, 2005г.

8. Князев, В.А Методика построения номограмм квалиметрии уровня операторской деятельности [Текст]/ В А.Князев// Новые технологии в образовательном процессе научн.-метод сб - СПб - СПбВМИ, - 2005. - вып. 21

9 Князев, В А Метод оценки уровня операторской деятельности [Текст]/ В.А Князев// Научные труды МАГИ им К Э Циолковского сб научных трудов-- М МАТИ-2005 -Вып 34

10 Князев, В А Функциональная структура и модели рабочей операции на различных уровнях деятельности оператора [Текст]/ В А Князев// Научные труды МАТИ им К Э Циолковского' сб научных трудов' - М ■ МАТИ - 2005 -Вып.34

11 Пат 43371 Гидроакустический комплекс подводной лодки [Текст]/ Князев В А и др / - № 2004129845; опубл. 10.01 2005 Бюллетень № 1

В. Князев

29 08 2005г Объем 1,1 п л

Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз

Подписано в печать и свел Печать офсетная

Отпечатано в ЗАО '"Пассат"' 198514 Санкт-Петербу рг, Г1етродворц-4. ул Разводная, д 17

»16066

РНБ Русский фонд

2006-4 15050

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата технических наук, Князев, Виктор Анатольевич, 2005 год

Условные обозначения и сокращения.

Введение.

Глава 1. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования.

1.1. Квалификационные требования к операторам и критерии их выполнения.

Типы задач, решаемых в процессе операторской деятельности.

1.2. Анализ показателей операторской деятельности.

1.3. Анализ существующих методов оценки качества операторской деятельности.

1.4. Анализ методов описания операторской деятельности.

1.5. Формулировка гипотезы и постановка задач диссертационного исследования.

Глава 2. Модели изменения функциональной структуры и оценки уровня операторской деятельности в процессе освоения.

2.1. Концептуальная модель изменений функциональной структуры операторской деятельности в процессе ее освоения.

2.2. Математические модели представления рабочей операции деятельности на различных этапах подготовки оператора.

Результаты и выводы.

Глава 3. Методики оценки уровня операторской деятельности.

3.1. Методика построения номограмм для оценки уровня операторской деятельности.

3.2. Методика оценки уровня операторской деятельности.

Результаты и выводы.

Глава 4. Экспериментальная проверка адекватности моделей и алгоритмов оценки уровня операторской деятельности.

4.1. Описание эксперимента.

4.2. Проведение эксперимента.

4.3. Анализ результатов эксперимента.

Результаты и выводы.

Введение диссертации по психологии, на тему "Технология оценки уровня деятельности операторов в человеко-машинных системах"

Деятельность большинства специалистов, работающих в современных условиях, занимающихся, в той или иной мере управлением (техникой, технологиями, системами и др.), более приобретает характер операторской деятельности. Многообразие различных систем и технологий (в т.ч. систем вооружения и военной техники) порождает многообразие видов деятельности операторов соответствующих человеко-машинных систем (ЧМС), причем, вне зависимости от характера деятельности к качеству подготовки операторов предъявляется единое требование — наличие профессиональных умений и навыков в выполнении функциональных обязанностей, т.е. вполне определенного набора нормативных алгоритмов деятельности.

Для оценки степени выполнения этого требования необходима разработка единой технологии оценки качества операторской деятельности.

Под уровнем усвоения деятельности (уровнем деятельности) в педагогике понимается определенная форма осуществления деятельности, описываемая характеристиками осознанности, разумности, абстрактности, обобщенности, развернутости, контроля выполнения и освоенности. Характеристика результативности деятельности для описания уровня деятельности ранее не использовалась.

Различают следующие уровни деятельности: 1) деятельность в материализованном виде (по инструкции); 2) внешнеречевая деятельность; 3) деятельность во внешней речи про себя (умение); 4) деятельность во внутренней речи (навык). Формирование уровня деятельности производится путем решения ряда учебных задач.

В педагогике выделяют две категории действий и задач: учебные и критериальные. К первой категории относятся действия, составляющие учебную деятельность (учебные действия), и задачи, направленные на формирование учебных действий (учебные задачи). Вторую категорию образуют действия, которые субъект как профессионал в определенной области деятельности должен научиться осуществлять (критериальные действия), и задачи, которые он должен научиться решать (критериальные задачи).

В сфере подготовки различных видов операторов (в том числе операторов ВМФ) имеет место ситуация, когда задача, являющаяся критериальной, используется как учебная задача, предназначенная для обучения решению этой критериальной задачи (например, чтобы научиться идентифицировать цель средствами гидроакустического комплекса, упражняются в идентификации целей с использованием именно этого гидроакустического комплекса). Однако одни и те же действия обучаемого с позиций решения учебной и критериальной задач должны оцениваться по-разному: с позиций критериальной задачи — по степени достижения цели, указанной в формулировке задачи; с позиций учебной задачи — по степени освоения рационального способа действий, т.е. достигнутому уровню деятельности. При этом эти оценки могут не совпадать. Так быстро исправленная ошибка оператора может оказывать негативное влияние на оценку результативности его действий (решение критериальной задачи), но не оказывает влияния на оценку уровня его деятельности (решение учебной задачи).

Существующие методы оценки качества решения задач операторской подготовки и квалиметрии деятельности оператора основаны на измерении выходных контролируемых параметров (ВКП) деятельности и их сравнении с определенной заданной системой нормативных показателей. Они обеспечивают формирование как частных оценок (по правильности, точности, быстродействию), так и интегральной оценки качества решения критериальных задач.

Ни один из существующих методов оценки качества и эффективности деятельности не предназначен для оценки качества решения учебных задач и не способен обеспечить квалиметрию уровня деятельности.

Таким образом, в настоящее время, существует противоречие между формулировкой требований к уровню подготовки операторов, определяющих необходимый уровень деятельности (умение, навык), и отсутствием методов оценки качества (уровня) операторской деятельности.

Наличие этого противоречия определяет существование актуальной научно-технической задачи разработки моделей и алгоритмов оценки уровня операторской деятельности.

Решение данной задачи возможно на основе методологии эргономического проектирования и методологии психолого-педагогического проектирования автоматизированных обучающих систем (АОС). Оно требует формализации данных педагогики и психологии в отношении процессов формирования деятельности и представления этих результатов средствами эргономических методов описания деятельности.

Проблема подготовки операторов, создания и обеспечения эффективности соответствующих тренажеров всегда находилась в поле зрения ведущих российских ученых.

Данное диссертационное исследование, посвященное решению научно-технической задачи разработки моделей и методик для оценки уровня операторской деятельности, непосредственно базируется на результатах исследований Ю.Ф. Волынца, А.И. Губинского, Г.М. Зараковского, В.Г. Евграфова, В.В. Кобзева, В.Н. Наумова, П.И. Падерно, А.Н. Печникова, О.М. Туровского, П.Я.Шлаена, В.Ф. Шпака и др.

Подход к решению выше указанной научно-технической задачи определило постулируемое в работах В.Г. Евграфова [21] и А.Н. Печникова [35,36] положение о том, что процесс освоения операторской деятельности определяется динамикой двух взаимосвязанных параллельных процессов:

1) процесса собственного роста безошибочности и быстродействия выполнения отдельных операций предписанного алгоритма деятельности;

2) процесса динамического изменения функциональной структуры деятельности оператора.

На основе синтеза этого положения с данными психологической теории поэтапного формирования умственных действий (теории интериоризации) была сформулирована следующая гипотеза диссертационного исследования:

Если динамика изменения функциональной структуры деятельности оператора в процессе его подготовки имеет место, то она должна проявляться в изменении соотношения взаимно соответствующих значений показателей безошибочности и своевременности действий, а само соотношение этих показателей должно определять уровень операторской деятельности.

Для подтверждения справедливости этой гипотезы было необходимо:

1. Определить этапы изменений рабочей операции нормативного алгоритма деятельности, типы таких изменений и их характеристики.

2. Разработать математические модели типовых функциональных единиц (ТФЕ), описывающих каждую рабочую операцию на различных этапах их динамического изменения.

3. Обосновать правило идентификации типа реализованной операции на основе экспериментальных данных о безошибочности и своевременности действия оператора.

4. Разработать модели и алгоритмы оценки уровня операторской деятельности.

5. Произвести экспериментальную проверку адекватности разработанных моделей и процедур.

Решение этих задач и составило суть диссертационного исследования.

Актуальность исследования определяется существованием:

1) общегосударственной проблемы обеспечения необходимого качества профессиональной подготовки операторов (в том числе специалистов ВМФ);

2) общетехнической проблемы разработки компьютерных технологий обучения;

3) общеэргономической проблемы описания операторской деятельности на этапе ее формирования;

4) общепедагогической проблемы технологизации обучения;

5) противоречия между формулировкой требований к качеству подготовки операторов и отсутствием методов оценки качества (уровня) операторской деятельности.

Целью исследования является обеспечение адекватности оценки уровня подготовки операторов ВМФ.

Теоретическим базисом исследования являются концепции современной инженерной и педагогической психологии и эргономики, а методологическими средствами — методология эргономического проектирования и методология психолого-педагогического проектирования АОС.

Объектом исследования является динамика уровня операторской подготовки в процессе освоения нового вида деятельности, а предметом — функциональная структура деятельности оператора и ее характеристики.

Для решения задач исследования в диссертационной работе использовались следующие методы: 1) обобщенный структурный метод описания и оценки алгоритмов деятельности [19,20,25, 38]; 2) методы линейного программирования [29]; 3) методы имитационного моделирования [54], 4) методы математической статистики [3,12,51], а также современные концепции дидактики [6,7,8,36,50], инженерной и педагогической психологии [14,22,23,42,43,44].

На защиту выносятся:

1. Теоретические положения, имеющие значимость для современной эргономики и инженерной психологии:

1.1. На этапе освоения нового вида деятельности функциональная структура деятельности (ФСД) оператора вариативна. Динамическое изменение ФСД оператора в процессе его подготовки есть акт первоначального ввода в любую рабочую операцию нормативного алгоритма деятельности ряда операций (избыточные операции), которые обеспечивают выполнение соответствующей рабочей операции в условиях низкой безошибочности действий оператора, и последующий процесс поэтапного исключения этих избыточных операций по мере роста безошибочности выполнения рабочих операций.

2. Научные результаты, представляющие определенную ценность для подготовки операторов и тренажеростроения:

2.1. Концептуальная модель оценки уровня операторской деятельности, включающая концептуальную модель динамики изменения ФСД оператора в процессе освоения деятельности, принципиальные структуры представления рабочей операции нормативного алгоритма на различных этапах освоения деятельности и схему оценки этих структур на основе показателей результативности действий оператора.

2.2. Функциональные структуры и математические модели рабочей операции деятельности на различных этапах ее освоения, сформулированные в терминах ОСМ.

2.3. Методика построения номограмм квалиметрии уровня операторской деятельности, включающая математические модели оценки прогнозируемых границ ОДЗ различных типов ФСД оператора и процедуру построения номограммы.

2.4. Методика оценки уровня операторской деятельности, включающая математические модели оценки фактических границ областей допустимых значений различных типов ФСД, а также процедуру определения уровня деятельности и количественной оценки степени его сформированности.

Новизна первого научного результата состоит в синтезе данных педагогической психологии, инженерной психологии и эргономики в отношении описания характера операторской деятельности на различных этапах подготовки оператора и определении на этой основе:

1) состава рабочей операции нормативного алгоритма на различных уровнях деятельности оператора;

2) обобщенной модели идентификации уровня деятельности оператора на основе анализа показателей безошибочности и своевременности его действий.

Новизна третьего научного результата состоит в определении границ областей соотношений показателей безошибочности и своевременности действий, соответствующих каждому из уровней операторской деятельности, и разработке процедуры построения этих областей.

Новизна четвертого научного результата состоит в разработке: 1) математических моделей и формальной процедуры качественной идентификации уровня операторской деятельности на основе измерения безошибочности и своевременности единственной реализации рассматриваемого нормативного алгоритма деятельности; 2) показателя уровня деятельности, обеспечивающего количественную оценку степени сформированности идентифицированного уровня деятельности и профессионального навыка как конечной цели подготовки операторов.

Достоверность обоснованных в диссертации положений и полученных научных результатов обеспечена:

1) их базированием на апробированных теориях и концепциях эргономики, педагогической и инженерной психологий;

2) применением апробированных методов исследования и подтверждена:

1) результатами экспериментов по оценке адекватности разработанных моделей и алгоритмов;

2) достаточной апробацией и публикацией полученных результатов.

Теоретическая значимость работы состоит в обосновании ряда новых для предметной области эргономики положений о динамическом изменении функциональной структуры операторской деятельности в процессе освоения нового вида (нормативного алгоритма) деятельности и возможности квалиметрии уровня деятельности на основе определения соотношений показателей ее безошибочности и своевременности.

Практическая ценность работы заключается в разработке математических моделей и процедур квалиметрии уровня операторской деятельности.

По материалам работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе - 5 статей, тезисы к 5-ти докладам в сборниках трудов Всероссийских и Региональных научно-технических конференций, 1 патент на полезную модель.

Структура и объем диссертационной работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем - 157 е., из которых: оглавление - 1 е., список сокращений - 1 е., основного текста - 138 с. (таблиц - 28, рисунков - 56), библиография -5 с. (55 наименований), приложение - 12с.

Заключение диссертации научная статья по теме "Психология труда. Инженерная психология, эргономика."

Выводы

Все промежуточные результаты могут быть объединены в две методики:

1. Методику построения номограмм квалиметрии уровня операторской деятельности, включающую математические модели оценки прогнозируемых границ областей допустимых значений различных типов ФСД оператора и процедуру построения номограммы.

2. Методику оценки уровня операторской деятельности, включающую математические модели оценки фактических границ областей допустимых значений различных типов ФСД, а также процедуру определения уровня деятельности и количественной оценки степени его сформированности.

Приведенные методики выносятся на защиту в качестве основных научных результатов настоящей главы.

Глава 4. Экспериментальная проверка адекватности моделей и алгоритмов оценки уровня операторской деятельности

4.1. Описание эксперимента

Планирование, организация и проведение эксперимента по проверке адекватности моделей и алгоритмов оценки уровня операторской деятельности осуществлялось в рамках НИР "Эрго" [34], выполненной во ВМИРЭ.

Разработанные выше модели и алгоритмы, хотя и базируются на твердом фундаменте психологии, математики и эргономики, но являются теоретическими умозаключениями. Их истинность должна быть подтверждена практикой — результатами эксперимента.

Эксперимент вовсе не является принадлежностью только эмпирического исследования: он включается и в состав исследований, проводимых на теоретическом уровне для проверки истинности абстрактно-теоретических построений" [49, С. 106]. "Для обоснованного подтверждения истинности любых абстрактно-теоретических построений в соответствующем эксперименте должно быть искусственно воспроизведено изучаемое явление в тех благоприятных условиях, которые наиболее полно отвечают уровню абстракции проверяемых теоретических положений" [49, С.179-180].

В соответствии с выше приведенными положениями целью эксперимента являлась проверка справедливости гипотезы о возможности квалиметрии уровня операторской деятельности на основе показателей безошибочности и своевременности действий оператора, а также оценка адекватности разработанных моделей и алгоритмов этой оценки.

Критерий адекватности разработанных моделей и алгоритмов. Как отмечалось в главе 1, существующие методы квалиметрии операторской деятельности обеспечивают только оценку ее результативности и не способны обеспечить квалиметрию уровня деятельности. Отсутствие аналогов определило невозможность проверки адекватности отдельных оценок результатов деятельности операторов и обусловило сложность достижения целей эксперимента. В [34, С. 21-29] было обосновано, что "ввиду отсутствия альтернативных, в том числе и экспертных, методов проверку адекватности разработанных моделей и алгоритмов оценки уровня деятельности целесообразно производить по критерию соответствия траектории оценок уровня деятельности1 данным теории интериоризации" [34, С.29].

Теория интериоризации (более подробно см. раздел 2.1) определяет следующие закономерности формирования деятельности в процессе ее регулярного освоения2:

1. Генезис3 уровня нового вида деятельности необходимо предполагает последовательное прохождение следующих уровней (см. табл. 2.2, 3.2):

1) деятельность по инструкции (материализованная) — 1 уровень (/ = 1);

2) деятельность без инструкции (внешне речевая) — 2 уровень (/ = 2);

3) умение (деятельность во внешней речи про себя) — 3 уровень (/ = 3);

4) навык (деятельность во внутренней речи) — 4 уровень (/ = 4).

2. Деятельность не может быть сформирована на одном уровне. Достижение любого более высокого уровня не возможно без формирования деятельности на всех предыдущих, более низких уровнях.

Данные положения определяют, что если разработанные модели представления рабочей операции деятельности на различных этапах подготовки оператора и методика (модели и алгоритмы) оценки уровня операторской деятельности адекватно отображают деятельность оператора, то траектория оценок уровня вновь осваиваемой деятельности должна последовательно пересекать сверху вниз области допустимых значений (ОДЗ) всех возможных типов F = (ОКРК', РК; РСК; Р^ функциональных структур деятельности и не может лежать в границах только одной из них.

1 Под термином "траектория оценок уровня деятельности" понимается нанесенная на номограмму квалиметрии уровня деятельности линия, которая соединяет точки 0(ТФ,/3Ф), отображающие результаты (индивидуальные или осредненные) последовательных попыток выполнения алгоритма деятельности. Эта линия является проекцией трехмерной траектории точек D{T0,[3^,1), где / (/ -\,п) — номер попытки выполнения деятельности, на плоскость

Тф0/3ф, в которой строятся номограммы квалиметрии уровня деятельности. Внешний вид двух и трехмерной траекторий показан ниже при анализе результатов эксперимента.

2 Процесс регулярного освоения деятельности — процесс освоения нового вида деятельности, который исключает возникновение забывания, т.е. не допускает длительных перерывов и связанных с ними снижений результативности осваиваемой деятельности.

3 Генезис [нем. Genesis, греч. genesis] — происхождение, возникновение; процесс образования и становления развивающегося явления [10].

Данное условие представляет собой формулировку качественного критерия адекватности разработанных моделей и алгоритмов.

Выбор вариантов нормативных алгоритмов деятельности оператора. Адекватность оценок уровня операторской деятельности по приведенным выше методике и номограммам определяется двумя факторами:

1. Адекватностью моделей и алгоритмов оценки уровня деятельности.

2. Надежностью оценок нормативных показателей быстродействия для всех операций осваиваемых алгоритмов операторской деятельности.

В целях исключения ошибок идентификации уровня операторской деятельности вследствие неадекватности нормативных показателей отдельных действий к нормативным алгоритмам вновь осваиваемой деятельности было предъявлено требование наличия надежных оценок показателей (TPJ своевременности выполнения всех входящих в них операций деятельности.

Исходя из данного требования в качестве нормативных алгоритмов вновь осваиваемой деятельности в эксперименте использовались приведенные в [20, С. 186-195] алгоритмы управления различными вариантами пультов коммутации судовых радиоэлектронных средств (РЭС). Нормативные значения показателей безошибочности и своевременности для всех операций этих алгоритмов прошли неоднократную экспериментальную проверку, а сами алгоритмы приводятся в [20] для демонстрации адекватности использования ОСМ в целях эргономического проектирования аппаратуры судовых систем управления.

Варианты аппаратурной реализации пульта оператора.

Экспериментальная проверка адекватности разработанных моделей и алгоритмов производилась на пультах коммутации судовых радиоэлектронных средств (РЭС), которые моделировались компьютерной системы обучения и интеллектуального тренажа (КСОИТ), разработанной в ФГУП "Волна".

Рассматривались три варианта пульта, представленные на рис. 4.1-4.3. Эти пульты предназначены для включения (выключения) девяти РЭС, имеющихся на судне. Внешний вид пультов и правила манипуляции их органами управления полностью соответствуют пультам, приведенным в [20, С. 186-195]. т Y т

1 2 3

1 ♦ 1

4 5 6

1 +

7 8 9

Мнемосхема ¥ ¥ 8

Переключатели

Рис. 4.1. Первый вариант пульта управления судовыми РЭС

Y Г Г

1 1 2 t 3

4 5 6 f

7 8 9

Заключение

Целью исследования являлось обеспечение адекватности оценки уровня подготовки операторов.

Данную цель предполагалось достичь на основе решения научно-технической задачи разработки моделей и алгоритмов оценки уровня операторской деятельности.

Теоретическую основу исследования составили основные положения психологической теории поэтапного формирования умственных действий (теории интериоризации) и постулируемое в эргономике положение о том, что процесс освоения операторской деятельности определяется динамикой двух взаимосвязанных параллельных процессов: 1) процесса собственного роста безошибочности и быстродействия выполнения отдельных операций предписанного алгоритма деятельности; 2) процесса трансформации функциональной структуры деятельности.

На базе анализа данных педагогической психологии и эргономики была сформулирована следующая гипотеза исследования:

Если изменение функциональной структуры деятельности оператора в процессе его подготовки имеет место, то оно должна проявляться в изменении соотношения взаимно соответствующих значений показателей безошибочности и своевременности действий, а само соотношение этих показателей должно определять уровень операторской деятельности.

В процессе разработки этой гипотезы были обоснованы следующие теоретически значимые для эргономики и инженерной психологии положения:

1. На этапе освоения нового вида деятельности ФСД оператора вариативна. Изменение (трансформация) ФСД оператора в процессе его подготовки есть акт первоначального включения в любую рабочую операцию нормативного алгоритма деятельности ряда операций (избыточные операции), которые обеспечивают выполнение соответствующей рабочей операции в условиях низкой безошибочности действий оператора, и последующий процесс поэтапного исключения этих избыточных операций по мере роста безошибочности выполнения рабочих операций.

2. Различия уровней деятельности проявляются в содержании ориентировочной и контрольной частей любого действия. При этом содержание исполнительной части действий остается неизменным на всех этапах и соответствует нормативному алгоритму деятельности. Наличие в ФСД оператора тех ориентировочных и контрольных действий, которые являются избыточными по отношению к нормативному алгоритму деятельности и отражают степень соответствия операторской деятельности умению и навыку, может быть установлено на основе оценки параметров исполнительной части соответствующих действий.

На базе теоретических положений были разработаны:

1. Концептуальная модель оценки уровня операторской деятельности, включающая концептуальную модель изменения ФСД оператора в процессе освоения деятельности, принципиальные структуры представления рабочей операции нормативного алгоритма на различных этапах освоения деятельности и схему оценки этих структур на основе показателей результативности действий оператора.

2. Сформулированные в терминах ОСМ функциональные структуры и математические модели рабочей операции деятельности на различных этапах ее освоения.

3. Методика построения номограмм оценки уровня операторской деятельности, включающая математические модели оценки прогнозируемых границ. ОДЗ различных типов ФСД оператора и процедуру построения номограммы.

4. Методика оценки уровня операторской деятельности, включающая математические модели оценки фактических границ областей допустимых значений различных типов ФСД, а также процедуру определения уровня деятельности и количественной оценки степени его сформированности.

Экспериментальная проверка работоспособности разработанных моделей и алгоритмов установила, что полученные на их основе качественные и количественные оценки уровня деятельности адекватно отражают динамику изменения уровня операторской деятельности в процессе освоения ее нового вида, соответствуют основным положениям психологии, педагогики и эргономики и обеспечивают оценку уровня деятельности на основе единственного акта ее реализации.

В результате проведенного исследования получены четыре новых достоверных научных результата:

1. Концептуальная модель оценки уровня операторской деятельности.

2. Функциональные структуры и математические модели рабочей операции деятельности на различных этапах ее освоения.

3. Методика построения номограмм для оценки уровня операторской деятельности.

4. Методика оценки уровня операторской деятельности.

Очевидно, что полученные результаты не полностью покрывают все теоретические и прикладные аспекты формирования операторской деятельности. Так в процессе экспериментальной проверки адекватности разработанных моделей и алгоритмов была выявлена эмпирическая зависимость между оценками коэффициента освоения и коэффициента уровня деятельности. Наличие этой связи позволяет предполагать возможность определения соотношения между уровнем деятельности и ее результативностью. Данное предположение определяет возможное направление дальнейших исследований.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата технических наук, Князев, Виктор Анатольевич, Москва

1. Анкудинов Г. И. Синтез структуры сложных объектов. Логико-комбинаторный подход. Л.: ЛГУ, 1986. - 258 с.

2. Ахъюджа X. Сетевые методы управления в проектировании и производстве. М.: Мир, 1971.- 161 с.

3. Ашмарин И.Н. и др. Быстрые методы статистической обработки и планирования экспериментов. -Л.: Изд. ЛГУ, 1978. 102с.

4. Бабинов Е.Г. Квалиметрия качества профессиональной подготовки специалистов ВМФ: Дис. . канд. пед. наук. Петродворец: ВМИРЭ, 2000.- 189 с.

5. Багирбеков В.Г. Методика автоматизированного контроля уровней физической и психологической подготовки в вузах силовых структур: Дисс. . канд. пед. наук. Петродворец: ВМИРЭ, 2000.- 204с.

6. Балл Г.А. Теория учебных задач: Психолого-педагогический аспект. -М.: Педагогика, 1990. -183с.

7. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. -Воронеж: Изд. Воронежского университета, 1977. -236с.

8. Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии. М.: Педагогика,1989. - 172с.

9. Бичаев Б.П. и др. Морские тренажеры (структуры, модели, обучение) Л.: Судостроение, 1986 г. - 283 с.

10. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия: e-book (www.MEGABOOK.ru). М.: Большая Российская энциклопедия, 2003.

11. Бугель Н.В., Кабанов А.А. и др. Теоретические основы гомеостатического управления познанием: Монография / Под ред. А.Н. Печникова. СПб: СПб унт МВД России, 2001.- 302с.

12. Вентцель Е.С. Исследование операций -М.: Советское радио, 1972 -552с.

13. Воронин В.И. Разработка метода компьютерного обеспечения тренажерной подготовки операторов ГАК: Дисс. . канд. техн. наук. Петродворец: ВВМУРЭ им. А.С. Попова, 1997. - 172с.

14. Гальперин П.Я. Основные результаты исследований по проблеме "Формирование умственных действий и понятий". -М.: Изд. МГУ, 1965. 252с.

15. Горский Ю.М. Информационные аспекты управления и моделирования. -М.: Наука, 1978.-387с.

16. Горский Ю.М. Системно-информационный анализ процессов управления. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1988. - 341с.

17. ГОСТ 15467-79 "Качество продукции. Термины"

18. Гросс С, Лантен А. Теория формальных грамматик. /Пер. с франц. М.: Мир, 1971.-294 с.

19. Губинский А. И. Надежность и качество функционирования эргатических систем. JL: Наука, 1982. - 270 с.

20. Губинский А. И., Евграфов В. Г. Эргономическое проектирование судовых систем управления. JL: Судостроение. 1977, - 224 с.

21. Забродин Ю.М., Лебедев А.Н. Психофизиология и психофизика. М.: Наука, 1977.-318с.

22. Зараковский Г. М., Павлов В. В. Закономерности функционирования эргатических систем. М.:, Радио и связь, 1987. - 232 с.

23. Иванов В.Н. Метод автоматизированной оценки качества профессиональной деятельности в корабельных автоматизированных системах: Дисс. . канд. воен. наук. Петродворец: ВМИРЭ, 1999. - 187с.

24. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: справочник. Под общ. ред. А.И. Губинского и В.Г. Евграфова. Москва: Машиностроение, 1993. - 527с.

25. Кемени Дж., Снелл Дж. Конечные цепи Маркова. М.: Мир. 1970, - 253 с.

26. Королюк В. С., Турбин А. Ф. Полумарковские процессы и их приложения. Киев.: Наукова думка, 1976. - 270 с.

27. Котов В. Е. Сети Петри. М.: Наука. 1984. - 158 с.

28. Куватов В.И. Линейная оптимизация. Петродворец: ВВМУРЭ, 1996. -220с.

29. Малашинин И.И. Тренажеры для операторов АЭС. М.: Атомиздат, 1979 г.-152с.

30. Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: e-book (http://encycl.yandex.ru/). М.: ООО "Новый диск", 2004.

31. Мелихов А. Н. Ориентированные графы и конечные автоматы. М.:, Наука, 1981.-313 с.

32. Мизенцев В.П., Кочергин А. В. Проблема аналитической оценки качества и эффективности учебного процесса в школе. Куйбышев: Куйб. гос. пед. ин-т, 1986.

33. Оценка уровня деятельности операторов судовых систем: Отчет по НИР "Эрго". Новороссийск: НГМА, 2004. - 206с.

34. Печников А.Н. Теоретические основы психолого-педагогического проектирования автоматизированных обучающих систем. Петродворец: ВВМУРЭ им. А.С. Попова, 1995. - 326с.

35. Печников А.Н., Ветров Ю.А. Проектирование и применение компьютерных технологий обучения. 4.1. Концепция систем автоматизированного обучения и моделирование процессов деятельности. Кн.1. СПб: БГТУ, 2002. - 195с.

36. Печникова Л.Г. Автоматизация процедур диагностики и оценки деятельности операторов человеко-машинных систем: Дисс. . канд. техн. наук. -СПб.: СПбГЭТУ, 1999.- 155с.

37. Попович П. Р., Губинский А. И., Колесников Г. М. Эргономическое обеспечение деятельности космонавтов. М.: Машиностроение, 1985. - 272 с.

38. Поспелов Д. А. Логико-лингвистические модели в системах управления. -М.: Наука, 1981.-291 с.

39. Пранявичус Т. И. Модели и методы исследования вычислительных систем. Вильнюс.: Макслас, 1981. - 228 с.

40. Ратанова Т.А. Психофизическое шкалирование и объективные физиологические реакции у взрослых и детей. М.: Изд-во МПСИ; Воронеж: Изд-во НПО "МОДЭК", 2002. - 320с.

41. Ратанова Т.А. Субъективное шкалирование и объективные физиологические реакции человека / Научн.-исслед. ин-т общей и педагогической психологии Акад. пед. наук СССР. — М.: Педагогика, 1990. 216с.

42. Рубинштейн С. JI. Основы общей психологии. М.: Учпедгиз, 1946. -318с.

43. Рубинштейн С. JI. Проблемы общей психологии. М.: Педагогика, 1973. -464с.

44. Руководство по разработке автоматизированных обучающих систем военного назначения (окончательная редакция): Отчет по НИР "Авангард-5 МО". Тверь: Межотрасл. центр эргоном. исслед. и разраб. в воен. технике, 1997. -120с.

45. Санников В.А. Разработка метода и средств повышения эффективности процессов профессиональной подготовки диспетчеров АСУ воздушным движением: Автореф. . канд. техн. наук. JL: ОЛАГА, 1988 г. - 23 с.

46. Свиридов А. П. Условные и безусловные алгоритмы диагностического контроля подготовки операторов ЭВМ.— М.: МЭИ, 1987.— 68 с.

47. Свиридов А.П. Введение в статистическую теорию обучения и контроля знаний. 4.1. Стандартизированные методы контроля знаний. — М.: МЭИ, 1974.— 135с.

48. Скаткин М.Н. Методология и методика экспериментальных педагогических исследований, М.: Педагогика, 1986. - 289с.

49. Скиннер Б. Наука об учении и искусство обучения. //Программированное обучение за рубежом. М.: Просвещение, 1968. -С. 27-56.

50. Справочник по прикладной статистике, в 2-х т. Т. 1: Пер. с англ. / Под ред. Э. Ллойда, У. Ледермана, Ю.Н. Тюрина. М.: Финансы и статистика, 1989. -510с.

51. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний. М.: Изд-во МГУ, 1975.-237с.

52. Турбович Л.Т. Информационно-семантическая модель обучения. Л.: Изд-во ЛГУ, 1970.

53. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем Искусство и наука. -М.: Мир, 1978.-418с.

54. Ярошевский М.Г. Психология в XX столетии. М.: Мир, 1971. - 386с.

55. Список публикаций по теме диссертационногоисследования:

56. Князев, В.А. Некоторые проблемы оценки качества деятельности операторов человеко-машинных систем Текст./ В.А.Князев// Экономика и производство. № 8 - 1999

57. Князев, В.А. Трансформация деятельности операторов человеко-машинных систем в процессе их подготовки. Текст./ В.А.Князев// Новые технологии: научн.-техн. сб. СПб,: Моринтех,:- 2002. -Вып.18.

58. Князев, В.А. Номограммы оценки уровня операторской деятельности и методика их применения. Текст./ В.А.Князев// Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы подготовки специалистов: Материалы 15 науч.-практ. конф. Петродворец: ВМИРЭ, 2004г.

59. Князев, В.А. Автоматизация оценки уровня деятельности оператора в тренажерных системах ВМФ. Текст./ В.А.Князев// Военная радиоэлектроника:опыт использования и проблемы подготовки специалистов: Материалы 16 на-уч.-практ. конф. Петродворец: ВМИРЭ, 2005г.

60. Князев, В.А. Методика построения номограмм квалиметрии уровня операторской деятельности. Текст./ В.А.Князев// Новые технологии в образовательном процессе: научн.-метод. сб. СПб.: - СПбВМИ,: - 2005. - вып. 21.

61. Князев, В.А. Метод оценки уровня операторской деятельности. Текст./ В.А.Князев// Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского: сб. научных трудов: М.: МАТИ.- 2005. - Вып.34.

62. Ю.Князев, В.А. Функциональная структура и модели рабочей операции на различных уровнях деятельности оператора. Текст./ В.А.Князев// Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского: сб. научных трудов: М.: МАТИ.- 2005. -Вып.34.

63. Пат. 43371 Гидроакустический комплекс подводной лодки Текст./ Князев В.А. и др./-№2004129845; опубл. 10.01.2005. Бюллетень № 1.