2. Синтаксическая информация и семантические знания

Другой подход к учету ММ без явной ссылки на них, - это анализ информации, необходимой для выполнения задачи. Различают:

• синтаксическую информацию - форму представления;

• семантические знания содержание информации.

Синтаксическая информация условна, неструктурированна и должна заучиваться (например, нет правила, которое связывало бы понятие столица Китая с названием Пекин)

Семантическое знание является проблемно-ориентированным и имеет структуру, из которой можно вывести новые факты(например, зависимость растительности от климата - объективный факт, имеющий универсальное значение (семантическое знание), из которого можно вывести многие другие факты, начиная от экономики региона до образа жизни населения). В модели поведения (рис.1.3), синтаксис определен на уровне правил, а семантика - на уровне знаний.

Разницу между синтаксической информацией и семантическими знаниями необходимо учитывать при проектировании системы управления, поскольку от этого зависят многие подсказки и указания, которые она должна выдавать оператору.

Психологические эксперименты показали, что изучение новой задачи проще, если она по набору действий - синтаксически - похожа на другую задачу, чем в случае, если аналогия является понятийной - семантической. Другими словами аналогия между действиями на сенсомоторном уровне важнее, чем аналогия между целями. Это объясняет успех интерфейса Windows со стандартным набором символов для аналогичных операций, вне зависимости от прикладной программы, будь то текстовый или графический редактор или программа для табличных вычислений.

Имея навык работы с текстовым редактором - синтаксическую информацию - гораздо проще научиться пользоваться программой для табличных вычислений с точно таким же интерфейсом, чем текстовым редактором с совершенно новым интерфейсом, несмотря на одинаковые задачи.

Синтаксическая информация базируется на правилах, а значит, легко запоминается, при регулярном применении ее можно использовать немедленно. Отсюда следует важный вывод, касающийся интерфейса пользователя, - существующие способы представления информации и ввода команд не должны изменяться, если только это не является абсолютно необходимым, любые изменения должны быть очевидными и понятными.

Зачастую специалистами считаются люди, знающие некоторые тонкости процесса или свойства оборудования, т. е. обладающие синтаксической информацией, или люди с хорошей сенсомоторной реакцией, а не те, которые умеют творчески разрешить проблему. Этот подход присутствует, к сожалению, и во многих руководствах по ВТ - они декларируют семантические знания, но на самом деле дают в основном синтаксическую информацию. Не объясняя причин, глубинных взаимосвязей или структуры, они просто сообщают, что делать с информацией. Синтаксическая информация не лучше и не хуже семантического знания, она просто представляет другой уровень понимания. Важно не путать эти 2 типа информации, и всегда точно знать, что именно необходимо.

3. Управление уровнем сложности системы

СА должны, с одной стороны, облегчать работу операторов, а с другой - предохранять технический процесс от их ошибок. Существует прямая связь между сложностью системы и усилиями, затрачиваемыми на управление, поэтому, чем проще интерфейс, тем легче управление и необходимо достичь непростого равновесия. ИнтП никогда не должен приближаться или превосходить пределы человеческого восприятия в части памяти и концентрации внимания. Бессмысленно выводить на экран сотни характеристик процесса, возлагая на пользователя ответственность за их анализ и выводы. Сложность должна соответствовать пределу восприятия. С другой стороны слишком простой интерфейс, тоже плох и не дает оператору возможности набираться опыта и поддерживать навыки, необходимые для работы в непредвиденной ситуации. Дополнительно операторы сложных систем должны все время отслеживать правильность функционирования системы управления. Это существенно усложняет их работу.

Сложность - понятие интуитивное, и найти ее объективное определение и меру очень трудно. Оценка сложности зависит и от субъективного опыта, и от объективных факторов.

В практических задачах сложность можно рассматривать не как объективное измеряемое свойство системы, а скорее как результат структуры этой системы и представлений о ней пользователя. Это представление – ММ, и определяется способом взаимодействия пользователя с системы.

Число точек измерения и управления в техническом процессе приблизительно пропорционально сложности системы. Сложность возрастает, если некоторые из характеристик системы связаны не очевидной зависимостью.

Интерфейс пользователя в определенном смысле и есть интерфейс между ТП и ММ оператора. Проблема в том, что все операторы имеют различные ММ, и как их всех можно удовлетворить единым интерфейсом. Преимущество подхода с позиций сложной системы - оператор может изучить и использовать определенный интерфейс, при этом детали конкретной модели несущественны. Важно только, что оператор может выполнить свою работу должным образом.

Следуя этому подходу, проблема ЧМИ рассматривается как проблема восприятия функционирования неизвестной, но часто весьма сложной, системы. Пользователь следует ММ, которая более или менее отражает свойства реального ТП, и этого достаточно для управления при соответствующих знаниях и опыте. Конечно, пользователь в состоянии управлять только до тех пор, пока его сложность не превосходит способности восприятия.

Снижение уровня сложности. Первейшей целью системы управления процессом является снижение уровня его сложности - процесс, видимый через интерфейс СА, должен быть проще, чем процесс, наблюдаемый с помощью обычных СИ. Автоматизация не должна добавлять каких-либо сложностей, а обслуживание соответствующего оборудования приводить к перегрузке способности операторов к восприятию. Сложная система управления ухудшает управляемость процесса, и наоборот. Именно здесь кроются большие возможности применения ВТ в управлении.

Наиболее часто управляющая ВТ используются для простой замены контрольно- измерительных приборов (КИП) по принципу один датчик - одна наблюдаемая величина. Главное преимущество - более удобная организация рабочего места и автоматическая регистрация данных. При этом, по сравнению использованием обычных КИП, оператор теряет чувство непосредственного контакта с оборудованием - на экране все приборы имеют один размер. В реальной жизни разница между граммами и тоннами, киловаттами и мегаваттами, миллилитрами и литрами является очевидной, а в виртуальной реальности компьютерного экрана разница часто сводится всего лишь к изменению положения десятичной запятой.

Первый шаг к уменьшению сложности заключается в анализе информации о процессе, которую должен получать и интерпретировать оператор. Количество датчиков и исполнительных механизмов для управления процессом нельзя выбрать произвольно - оно зависит от природы процесса и целей управления. Работа в режиме реального времени также не является абсолютным понятием, а имеет смысл только по отношению к эволюции во времени управляемого процесса.

Рассмотрим химический реактор. Обычно процесс характеризуется несколькими десятками переменных - температура, расход реагентов, концентрация и т. д. Если каждая из них выводится на панель управления, регистрируется вручную и является частью каких-либо вычислений, то на оператора ложится значительная нагрузка. В чем оператор действительно заинтересован - определить насколько текущие значения соответствуют требуемым (опорным). Сравнение текущих значений сотен контролируемых величин с опорными ВТ легко выполнит несколько раз в секунду. Одной логической операции достаточно для общей индикации, работает ли реактор в целом правильно или нет. Оператор освобождается от ручной работы, и в то же время он в состоянии проверить текущие данные, если это необходимо, с любой степенью подробности. В результате один оператор может одновременно управлять несколькими реакторами.

ВТ может также учитывать специальные режимы. Например, во время переходного процесса различия между текущими и опорными значениями переменных не должны расцениваться как нештатная ситуация. Аналогично, границы аварийных ситуаций могут рассматриваться не просто как фиксированные величины, но в контексте текущего процесса и его состояния. Автоматизация таких задач способствуют уменьшению сложности.

Адекватность –интерфейс должен соответствовать количеству, типу и точности передаваемых данных, т.е.состав этих параметров должен диктовать вид интерфейса, а не наоборот. Это вторая важная характеристика наряду с уровнем сложности интерфейса:

Если процесс характеризуется всего лишь несколькими событиями на протяжении часа, а число входных и выходных переменных - мало, то для управления вполне подойдет небольшое печатающее устройство или панель управления. Применение ВТ для управления таким процессом не уменьшит сложности, скорее наоборот, поскольку к сложности самого процесса будет добавлена сложность системы управления. Если технический процесс не порождает достаточного количества данных, дисплей утомляет и вызывает скуку.

Важным параметром при разработке интерфейса являются границы ответственности. Необходимо оценить, в какой мере оператор должен следовать предписаниям и в какой - принимать собственные решения, и где проходит граница между одним и другим.

Интерфейс должен быть ориентирован на необходимую степень компетентности пользователя (уровень правил или уровень знаний) и на тип действий при выполнении работы. Сложный интерфейс должен рассматриваться и с позиций необходимости обучения. Только когда все звенья цепи цель-инструмент-оператор соответствуют друг другу, результат достигается при оптимальном вкладе и человека, и системы управления.

Сложность существует только в контексте, включающем пользователей системы. Сложность и удобство являются противоречивыми требованиями, которые должны быть сопоставлены друг с другом. Трудности при более сложной организации экрана и аббревиатуре команд можно преодолеть, если есть возможность интенсивного обучения. Дополнительное усложнение структуры экрана за счет большего объема выводимой информации или за счет более мощного (а значит, и изощренного) командного языка может дать выигрыш в скорости работы. В качестве примера можно привести операционную систему UNIX и текстовый редактор vi. Оба эти продукта часто критикуются за недружественность по отношению к пользователю, однако, когда пользователи приобретают определенный уровень знании и навыков, они отказываются переходить на другие программные продукты.