Основы инженерной психологии

3. В клинической практике и физиологии труда накоплен определённый опыт обработки и анализа физиологических характеристик; имеется также богатый арсенал приборов для проведения физиологических измерений.

Важнейшими из физиологических характеристик человека исследуемых в инженерной психологии являются: электроэнцефалограмма, электромиограмма, кожно-гальванические реакции, электрокардиограмма, электроокулограмма, пневмограмма, речевой ответ.

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) характеризует биоэлектрическую активность головного мозга. В спектре ЭЭГ содержатся различные составляющие: дельта-ритм (частота колебаний 0,5—4,0 Гц), тета-ритм (5,0—7,0 Гц), альфа-ритм (8,0—12,0 Гц), бета-ритм (15—35 Гц), гамма-ритм (35—100 Гц).. Преобладание низкочастотных колебаний (дельта- и тета-ритмы) свидетельствует о наступлении тормозного процесса (сон, ослабление бдительности и внимания, утомление и т. п.). Наличие альфа-волн характеризует состояние нормальной синхронизации основных нервных процессов. Они являются доминирующими у здорового, бодрствующего человека, находящегося в состоянии оперативной готовности к деятельности. Преобладание высокочастотных колебаний указывает на процесс возбуждения в коре головного мозга. Это бывает характерным при возникновении психофизиологической напряженности во время работы, свидетельствует о возникновении эмоциональных состояний.

Электромиограмма (ЭМГ) представляет регистрацию биопотенциалов мышц человека. ЭМГ служит весьма чувствительным объективным показателем включения в динамическую или статическую работу отдельных групп мышц. Такой анализ необходим при изучении рабочей позы и управляющих движений оператора.

С помощью ЭМГ можно регистрировать также утомление человека. При утомлении уменьшается суммарная активность мышц и средняя амплитуда колебаний.

Кожно-гальваническая реакция (КГР) характеризует изменение электрического сопротивления или разности потенциалов кожи. КГР является одним из наиболее результативных способов регистрации возникновения эмоциональной напряженности у оператора. При этом наблюдается падение электрического сопротивления кожи или увеличение разности потенциалов между двумя точками кожной поверхности (от 10—30 мВ/см в нормальном состоянии до 100 мВ/см и более при возникновении эмоциональной напряженности).

Электрокардиограмма (ЭКГ) заключается в регистрации электрических явлений, возникающих в сердечной мышце. ЭКГ состоит из ряда зубцов, характеризующих протекание тех или иных процессов в сердечной мышце, и интервалов между ними. Зубец R соответствует моменту возбуждения желудочков сердца, а зубец Т — моменту выхода их из состояния возбуждения. Интервал R—R характеризует длительность сердечного цикла, а интервал Q—Т соответствует периоду от начала возбуждения желудочков сердца до окончания их возбуждения.

В инженерной психологии ЭКГ используется для определения напряженности работы оператора. Для этого измеряются: частота сердечных сокращений (ЧСС), систолический и гистографический показатели. Частота сердечных сокращений определяется величиной, обратной продолжительности R—R-интервалов.

При возникновении напряженности в работе оператора рассмотренные показатели ЭКГ, как правило, увеличиваются.

Электроокулограмма (ЭОГ) характеризует электрическую активность глазных мышц. Обычно используется раздельная регистрация вертикальных и горизонтальных движений глаз. При этом знак потенциала ЭОГ указывает направление перемещения взгляда, а его величина — угол перемещения. ЭОГ применяется для анализа работы зрительной системы человека со средствами отображения информации, для анализа распределения и переключения внимания оператора в процессе работы и других целей.

Пневмограмма (ПГ) представляет собой запись внешнего дыхания. Она используется для оценки психофизиологической напряженности. В состоянии возбуждения или напряжения частота дыхания увеличивается до 50—60 колебаний в минуту, наблюдается также уменьшение глубины дыхания и укорочение фазы выдоха (tвыд) относительно фазы вдоха (tвд).

Речевой ответ (РО) изучается по спектральным и временным характеристикам речи оператора. По изменению интонации голоса, которая сопровождается изменением спектрального состава звуковых колебаний, можно судить о возникновении эмоциональных состояний оператора, напряженности и утомления в его работе. В последнее время получены данные, свидетельствующие о том, что информация об этих состояниях содержится также во временных параметрах РО. Например, при развитии утомления увеличиваются длительность слов и пауз между ними, а также их дисперсии.

В состав аппаратуры для измерения физиологических характеристик обычно входят следующие устройства: датчики или электроды (служат для отведения потенциалов с поверхности тела человека), преобразователь (служит для преобразования исходного сигнала к виду, с которым легко вести его дальнейшее усиление), усилитель биоэлектрических сигналов, регистратор (служит для выдачи результата измерений в графической, или цифровой форме).

Исследование только одного физиологического показателя, как правило, не может дать однозначного ответа о состоянии оператора. Поэтому на практике применяется обычно так называемый полиэффекторный метод, заключающийся в одновременной записи и анализе целого комплекса показателей, называемого симптомокомплексом. Применение полиэффекторной методики позволяет значительно повысить надежность и достоверность диагностики состояний оператора при выполнении данной деятельности.

Характеристики физиологических процессов человека

Изучаемый процесс	Предмет исследования	Электрические характеристики		Изучаемые показатели (рис. 2.5)
		Амплитуда, мкВ	Частота, Гц
Электроэнцефалограмма (ЭЭГ)	Электрическая активность головного мозга	5—10	0,5—100	Суммарная биоэлектрическая активность ЭЭГ, характеристики отдельных ритмов (амплитуда, длительность, число волн ритма, удельный вес ритма в ЭЭГ)
Электромиограмма (ЭМГ)	Электрическая активность мышц	20—200	20—500	Суммарная биоэлектрическая активность мышц, амплитуда и продолжительность отдельных мышечных сокращений
Кожно-галь-ваническая реакция (КГР)	Электрическое сопротивление кожи	100—200	1 — 10	Латентный период КГР (t1), амплитуда КГР (Л), длительность і-й фазы (t1 t2 t3...), скорость нарастания (а) и скорость спада (Р). Общая площадь под кривой КГР
Электрокардиограмма (ЭКГ)	Электрическая активность сердца	300—3000	0,15—300	Интервалы ЭКГ (R — R, Q — Т и др.), частота сердечных сокращений, систолический и гистографический показатели
Электрооку-лограмма (ЭОГ)	Глазодвигательная активность	20—200	0,1—3,5	Количество движений и миганий в единицу времени. Амплитуда и длительность движения (перемещения взгляда). Длительность фиксации взгляда
Пневмограмма (ПГ)	Характер дыхания	Зависит от способа измерения	0,8—4	Длительность и глубина вдоха (tвд) и выдоха (tвыд), длительность дыхательного цикла, частота дыхания

2. ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ НАДЁЖНОСТИ ОПЕРАТОРА

Обеспечение высокой надежности работы оператора, а, следовательно, и всей системы «человек — машина» является одной из важнейших задач инженерной психологии. Ее разработка составляет существенное условие повышения качества и эффективности производства.

С точки зрения теории вероятностей ошибки оператора являются случайными событиями, т. е. такими, исход которых (произойдет или не произойдет ошибка) в конкретном опыте предсказать заранее трудно. Следовательно, ошибки оператора носят статистический характер, на этом основано определение выше показателей надежности. Однако это не означает беспричинность ошибок, каждая из них обусловлена конкретными причинами объективного или субъективного характера. Поэтому изучение психофизиологических механизмов надежности и учет их при создании и эксплуатации систем «человек — машина» является важнейшим резервом обеспечения их надежной работы.

Психологическое содержание проблемы надежности оператора впервые в нашей стране было изложено в работах В.Д. Небылицына и Б.Ф. Ломова. В работе Небылицына проведен анализ факторов, влияющих на надёжность оператора, в результате чего выявлено три группы факторов: конструктивное исполнение технических средств, профессиональная подготовка и индивидуальные особенности операторов. Анализ этих факторов позволяет изучить психофизиологические механизмы надежности оператора.

Важное значение для решения этого вопроса имеет изучение механизмов психической саморегуляции и различных уровней психического отражения (ощущений и восприятия, представлений, речемыслительных процессов). Секрет высокой надежности человеческого мозга нужно искать в специфике его отражательных и регулятивных функций.

Формирование и осуществление целенаправленной деятельности предполагает как обязательную предпосылку отражение человеком внешних условий в виде некоторой субъективной модели. Она служит основой, как для предварительного психофизиологического программирования действий, так и для их регуляции в ходе самой деятельности. Модель становится важнейшим и обязательным функциональным образованием, полнота и точность которого во многом определяют эффективность деятельности и особенности ее осуществления.

Другим важным звеном в процессе саморегуляции является психофизиологическая настройка на работу в определенных условиях. Настройки, адекватные представлению человека о задачах и условиях предстоящей деятельности, являются необходимыми компонентами общей структуры процессов программирования и регуляции деятельности.

Наиболее эффективная работа в режиме ожидания, сопряженная с наименьшими нервно-психическими затратами, предполагает возможность достаточно точного прогнозирования характера и времени появления значимых событий. Это позволяет осуществить регуляцию общего уровня и конкретной направленности процесса ожидания. Отсутствие же сознательного прогноза динамики событий снижает уровень регуляции ожидания, вынуждает оператора переходить к «глобальному» ожиданию, при котором он постоянно должен быть готовым к восприятию широкого круга явлений. Это, естественно, снижает надежность работы оператора при поступлении значимых сигналов.

Основные положения теории саморегуляции могут быть использованы для уточнения количественных показателей надежности оператора. Надежность оператора уменьшается с усложнением его деятельности (увеличением количества выполняемых действий). Однако опыт показывает, что более сложные операции зачастую выполняются человеком надежнее, чем простые. Это объясняется способностью человека к саморегуляции деятельности, что приводит к изменению значений вероятностёй выполнения отдельных действий.

Важная роль в саморегуляции принадлежит эмоциональным состояниям оператора, которые связаны с ответственностью и значимостью поступающей информации. Происходит это следующим образом. У оператора, решающего ту или иную задачу, на основе имеющегося опыта формируется прогноз вероятности достижения (или недостижения) цели, а также прогноз последствий, вытекающих из этого события и порождающих у человека определенные эмоциональные состояния. Под их воздействием происходит активизация психофизиологических процессов, направленная на мобилизацию ресурсов организма для успешного разрешения данной задачи. Поэтому даже одна и та же задача, решаемая при разных условиях, может выполняться человеком с различной надежностью.

При изучении надежности оператора нужно иметь в виду, что он по ходу работы осуществляет контроль собственных действий (самоконтроль). Так же как и саморегуляция, самоконтроль является одним из фундаментальных механизмов надежности человека. Он непосредственно нацелен на своевременное предотвращение или обнаружение уже совершенных ошибок в процессе выполнения человеком деятельности любого вида. С помощью самоконтроля человек проверяет правильность своих действий, поступков и адекватность различных форм поведения в процессе общения.

В инженерной психологии самоконтролю придается большое значение как механизму борьбы с ошибками операторов и соответственно повышению надежности их труда. Значение самоконтроля можно рассмотреть на примере деятельности оператора радиолокационной станции. Для эффективного решения задачи по обнаружению цели ему оказывается недостаточно информации, которую он получает за время одного обзора локатора. Чтобы уменьшить вероятность ложной тревоги и принять окончательное решение об обнаружении цели, операторы обращаются к самоконтролю, который проявляется в проведении нескольких обзоров для подтверждения сигнала цели в одном и том же месте экрана.

Однако для того, чтобы самоконтроль был эффективным, оператору необходимо в «полном времени деятельности» выделить некоторый резерв времени для контроля собственных действий. Эффективность самоконтроля зависит также от степени его полноты.

Самоконтроль в деятельности оператора может быть инструментальным и неинструментальным. В первом случае он осуществляется с применением специальных технических средств. Во втором случае самоконтроль осуществляется без применения специальных технических средств, т. е. путем визуальной или мысленной проверки правильности выполняемых действий и т. д. Однако в обоих случаях важно приучить оператора к проведению самоконтроля, к включению его в качестве обязательного этапа в структуру деятельности оператора. При инструментальном самоконтроле это достигается применением соответствующих схемных решений (например, в устройствах ввода информация из регистра может быть выдана только после предварительного нажатия кнопки «Контроль»). При неинструментальном самоконтроле оператора нужно соответствующим образом готовить к необходимости осуществления самоконтроля.

Существенным психологическим фактором, влияющим на надежность оператора, являются, типологические свойства нервной системы. Эти свойства были изучены И.П. Павловым, а в дальнейшем уточнены и конкретизированы Б.М. Тепловым, В.Д. Небылицыным. К основным свойствам нервной системы относятся сила, динамичность, лабильность и подвижность нервных процессов.

Сила нервной системы характеризуется выносливостью нервных клеток, т.е. их способностью выдерживать длительное или очень сильное напряжение, не переходя в запредельное торможение. Под динамичностью нервной системы понимается скорость образования условных рефлексов, т. е. способность нервной системы к научению. Основным содержанием динамичности является легкость и быстрота, с которой генерируются нервные процессы в ходе образования условных рефлексов. Лабильность - свойство нервной системы, связанное со скоростью возникновения, протекания и прекращения нервного процесса; она определяет быстроту возникновения и прекращения вызываемых раздражителем циклов возбуждения. Подвижность нервных процессов характеризуется скоростью протекания нервных процессов; она определяет способность к быстрой смене одного нервного процесса другим, к смене возбуждения торможением и наоборот. Подвижность нервных процессов определяет такую интегральную характеристику как скорость обработки информации и скоростные параметры процесса принятия решения.

Каждое из перечисленных свойств может рассматриваться отдельно по отношению к процессам возбуждения и торможения. Однородные свойства, взятые относительно каждого из этих процессов, независимы. Например, нервная система, обеспечивающая быстрое формирование положительной замыкательной связи, будет динамичной по отношению к возбуждению, а система, быстро образующая тормозные условные рефлексы,— динамичной по отношению к торможению. Кроме рассмотренных основных свойств существуют вторичные свойства, характеризующиеся балансом (уравновешенностью) нервных процессов по их силе, динамичности, лабильности и подвижности.

Имеются многочисленные данные, свидетельствующие о том, что люди с различными свойствами нервной системы характеризуются различной надежностью при работе в одинаковых условиях. Так, сила нервной системы обеспечивает способность человека к работе в условиях помех, посторонних раздражителей. У таких людей в этих условиях доминантные очаги не разрушаются, а, наоборот, укрепляются, что способствует предотвращению возможных ошибок. Для легкости переключения с одного вида деятельности на другой и избежания ошибок переключения имеет значение подвижность нервных процессов. Устойчивыми к действию монотонии оказываются лица с инертностью (малой подвижностью) нервных процессов, однако они, если инертность сочетается со слабой нервной системой, менее устойчивы к действию сильных раздражителей и других факторов внешней среды. Высокая работоспособность на фоне утомления присуща людям с сильной нервной системой, инертностью возбуждения и небольшим преобладанием внешнего торможения над возбуждением. Надежность человека определяется не одной какой-либо типологической особенностью, а комплексом или сочетанием различных свойств нервной системы. Данное положение имеет особо важное значение для организации профессионального отбора операторов.

Однако только наличие необходимых для данной деятельности свойств нервной системы само по себе еще не гарантирует надёжной работы оператора. Свойства нервной системы определяют лишь потенциальные возможности человека. Насколько они будут реализованы на практике, во многом зависит от его личностных качеств (трудолюбия, настойчивости, чувства долга и ответственности, целенаправленности, особенностей эмоционально-волевой сферы и т. п.) Совокупность этих качеств создает у человека соответствующее желание и мотивацию к выполнению данной деятельности.

В отличие от индивидуальных типологических особенностей (свойств нервной системы) свойства личности не являются врожденными и устойчивыми. Посредством воспитания, обучения, тренировок можно со временем выработать соответствующую направленность личности, необходимые волевые качества, интерес к деятельности, чувство долга и т. п. Следовательно, эту группу качеств можно формировать в нужном направлении в процессе учебно-воспитательной работы с операторами.

Важным механизмом обеспечения высокой надежности является также тренированность оператора. Длительная тренировка и адаптация оператора к условиям деятельности способствуют образованию гибких и прочных умений, образованию необходимых условно-рефлекторных связей между возникающими ситуациями и требуемыми действиями оператора. Тренировки сокращают количество допускаемых оператором ошибок, увеличивают скорость переработки информации, уменьшают разброс параметров деятельности, снижают степень психической напряженности и повышают работоспособность. Хорошая заученность действий может предохранить оператора от появления импульсивных, неадекватных действий при возникновении напряженных ситуаций. Поэтому одним из важных вопросов проблемы надежности оператора является профилактика срывов путем имитации стрессовых условий в процессе тренировки.

Для успешного выполнения некоторых видов деятельности оператор должен обладать определенными психофизиологическими качествами: памятью, вниманием, скоростью реакции и др. Высокие проявления этих качеств являются одним из факторов надежной работы оператора. Поэтому в процессе тренировок нужно предусмотреть возможность совершенствования таких профессионально важных психофизиологических качеств. Для этого используются специальные тренажеры, формирующие и развивающие психофизиологические процессы у оператора.

Список использованной литературы

1. Основы инженерной психологии// Под ред Ломова, М.: Высш. шк.,1986.-448с.

2. Грачев М.Н. Психология инженерного труда М.,1998.- 345 с.

3. Стрелков Ю.К. Инженерная и профессиональная психология.-М.,2001.- 311 с.

4. Справочник по инженерной психологии/ Под ред. Б.Ф. Ломова. М., 1982. – 368с.

5. Цибулевский И.Е. ошибочные реакции человека-оператора. М., 1979, - 206 с.