Физиологическая характеристика деятельности оператора
Все, что говорилось выше, относится, прежде всего, к так называемым внешним действиям: действиям, посредством которых человек преобразует вещественные предметы (перемещает их в пространстве, разделяет
на части и соединяет и т.д.) и которые доступны непосредственному наблюдению. Но любая трудовая деятельность человека включает и внутренние, умственные действия (действия, выполняемые в уме). Как показывают исследования, эти внутренние действия формируются на основе внешних в результате интериоризации (что в переводе с латинского значит превращение во внутреннее). При этом структура внешнего действия подвергается специфической трансформации.
Внутреннее действие является свернутым и обобщенным. Решающая роль в процессе интериоризации принадлежит слову, в котором фиксируются существенные свойства предметов (и явлений) объективной действительности, а также способы оперирования как самими предметами, так и информацией о них.
Существенным условием интериоризации является общение человека с другими людьми.
Оперирование словами и другими знаковыми системами дает возможность человеку решать определенный класс задач в идеальном плане (без обращения к материальным предметам и оперирования с ними). Именно во внутреннем плане формируются программы деятельности человека.
В трудовой деятельности человека имеет место не только интериоризация действий, но и их экстреоризация (от слова экстериус - внешний), т.е. превращение внутренних действий во внешние.
Таким образом, механизм психической регуляции деятельности человека имеет сложное строение. Он включает несколько уровней:
- уровень ощущений и восприятия;
- уровень представлений;
- уровень рече-мыслительных процессов.
Первый уровень относится к отдельным действиям, он обеспечивает в основном регуляцию внешних действий, соответствие данного конкретного действия данным конкретным условиям, предмету и орудию труда.
Второй уровень относится также и к внутренним действиям; обобщенность и панорамность представления (вторичного образа) создает возможность варьирования приемов выполнения действий и их переноса из одних условий в другие.
Третий уровень относится главным образом к внутренним действиям (умственному плану деятельности). Благодаря тому что в рече-мыслительных процессах отражаются общие и существенные связи между явлениями (их закономерности), этот уровень обеспечивает возможность предвидения хода событий и планирования деятельности в целом.
В реальной трудовой деятельности перечисленные уровни ее регуляции выступают в неразрывном единстве.
Однако в зависимости от конкретных задач тот или иной уровень становится ведущим. Так, при выполнении задачи слежения за движущимся объектом (особенно преследующего слежения) ведущим является первый из перечисленных уровней.
При поиске неисправностей в аппаратуре ведущую роль берет на себя второй и третий уровни.
Соотношение между этими уровнями изменяется в процессе обучения и тренировки, при формировании навыков. Стадии формирования навыка связаны с изменением уровней регуляции.
Принципиально структура операторской деятельности такова же, как и любой другой трудовой деятельности. Однако она обладает некоторыми специфическими особенностями, определяемыми тем, что оператор не имеет возможности взаимодействовать с предметом своего труда (объектом управления) непосредственно: информация об объекте управления передается ему через систему технических устройств, его воздействие на объект также передается через систему технических устройств.
Оператор воспринимает не самый объект, а его информационную модель, манипулирует же он с органами управления.
Элементарная схема деятельности оператора может быть описана следующим образом.
Есть некоторый объект управления. Цель деятельности человека-оператора состоят в том, чтобы перевести этот объект из одного состояния в другое (из состояния а' в состояние а) или, напротив, удержать объект в некотором состоянии (состоянии а'), преодолевая внешние возмущения. На основе имеющейся в его распоряжении информации (в том числе и накопленной
в профессиональном опыте) в голове человека-оператора формируется некоторый образ задаваемого (будущего) состояния объекта управления, т.е. образ того состояния, которое должно быть достигнуто в результате деятельности. Назовем его образ-цель. Воспринимая сигналы, поступающие от средств отображения информации, человек-оператор оценивает текущее состояние объекта управления, сличает его с образом-целью, анализирует возможные способы достижения цели, принимает решение и выполняет управляющее действие (или систему действий). Сигналы, возникающие в результате этого действия, передаются через технические устройства к объекту управления, изменяя его состояние.
Сигналы об изменившемся состоянии поступают к оператору. Он оценивает, достигнута ли цель (или решена ли задача, если речь идет об отдельном действии), и в зависимости от результата оценки либо прекращает деятельность, либо выполняет новое управляющее действие: в последнем случае цикл управления повторяется.
Человека-оператора принято рассматривать как звено системы человек-машина. Но это звено особого рода, организующее всю систему и направляющее ее на достижение определенного, заранее заданного результата.
Именно на долю человека приходится постановка цели и определение частных задач, решение которых обеспечивается ее достижением, выполнением управляющих действий и оценкой достигаемых благодаря им результатов. Технические устройства - это средства, которыми человек пользуется при выполнении действий и которые несут ему информацию о результатах этих действий.
Формирование в сознании оператора образа-цели в системах человек-машина опосредствуется техническими устройствами. Образ строится с учетом этих средств. Вместе с тем он определяет критерии селекция информации о текущем состоянии объекта, а также ее интеграции.
Формирование образа-цели связано с прогнозированием (предвидением) изменений объекта управлений. Как показывают исследования, прогнозирование является неотъемлемым компонентом любой целенаправленной деятельности. Если средства отображения информации затрудняют прогнозирование
событий (что иногда бывает), то это приводит к нарушению деятельности: к ошибкам, сбоям, запаздыванию в выполнении действий.
Задача, стоящая перед оператором (перевести объект управления из состояния а' в состояние а), выступает субъективно, т.е. для него, как рассогласование образа-цели и оперативного образа. Это рассогласование определяет направление поиска решения, в процессе которого происходит выдвижение гипотез, их оценка и принятие решения.
Обычно этот процесс протекает в плане внутренних действий, но иногда (у неопытных операторов) в поиск решения включаются и внешние действия.
Принятие решения неразрывно связано с формированием плана, или программы деятельности. Однако такая программа обычно не представляет собой жесткой однозначной системы предписаний, а выступает в обобщенной форме; в зависимости от конкретных условий пути ее развертки могут быть различны.
Она представляет скорее систему подзадач, чем детальный перечень всех элементов действия (входящих в него движений).
Программа, так же как и все другие компоненты механизма, регулирующего операторскую деятельность, строится с учетом тех технических устройств, при помощи которых она реализуется.
Как отмечалось, выполнив то или иное управляющее действие, оператор изменяет состояние управляемого объекта. Возникающий при этом и передаваемый через систему технических устройств сигнал является не просто сигналом о новом состоянии объекта управления, но вместе с тем и сигналом о результате выполненного оператором действия (обратная связь). Он несет информацию о том, достигнута ли цель (решена ли задача).
Образ этого сигнала сличается с образом-целью.
Итак, основными психологическими составляющими операторской деятельности является образ-цель, оперативный образ, прогнозирование хода событий, принятие решения, программа (план) действий, восприятие информации об их результатах (обратная связь).
При разработке систем человек - машина и ее технических звеньев важно учитывать не только характеристики
отдельных анализаторов, перцептивных, мнемических и интеллектуальных процессов, но и структуру операторской деятельности в целом. Системы отображения информации и органы управления должны конструироваться с учетом основных психологических составляющих операторской деятельности.
Структура операторской деятельности должна учитываться также при определении роли и места человека в системе человек-машина, выявлении факторов, влияющих на ее эффективность и надежность, распределении функций между оператором и машиной, обучении и тренировке операторов.
Физиологическая характеристика деятельности оператора
Формирование рассмотренных психологических составляющих деятельности обеспечивается сенсорно-перцептивными, мнемическими и интеллектуальными процессами, которые выступают как различные формы субъективного отражения реальной действительности. Материальным субстратом этих психических процессов являются нервные процессы, изучаемые физиологией.
Поэтому их исследование предполагает анализ не только отношений образа к его объекту, не только динамики отражения и его регулирующей роли в деятельности, но и отношения отражения к его носителю - мозгу, а следовательно, и к нервным процессам.
Нейрофизиологической основой деятельности является функциональная система, теория которой разработана П.К. Анохиным [6]. Функциональная система представляет собой динамически формирующуюся организацию, которая избирательно объединяет разнородные центральные и периферические аппараты на основе их взаимодействия для получения полезного для организма результата. П.К.
Анохин, изучая поведение живых организмов, установил факт обратной афферентации о достигнутом конечном приспособлении эффекта. Это дало возможность рассматривать функциональную систему как замкнутое физиологическое образование с непрерывной обратной информацией об успешности данного приспособительного действия.
Функциональная система имеет следующие узловые механизмы (рис. 4.7).
- A. Афферентный синтез. Здесь происходит обработка наиболее важной информации для принятия решения. Главное в афферентном синтезе принадлежит мотивационному возбуждению, т.е. информации, отражающей в данный момент потребность организма. Только после афферентного синтеза рождается намерение к действию.
- Б. Принятие решения с одновременным формированием акцептора результатов действия.
- B. Формирование программы действия.
- Г. Реализация принятого решения в виде поведенческого акта.
- Д. Сличение при помощи обратной афферентации параметров результата совершенного действия с параметрами, отраженными в акцепторе результатов действия.
Главное значение в рассмотренной схеме поведенческого акта придается механизму, обеспечивающему
сличение заданного результата с реально полученным. В процессе осуществления этого акта происходит отработка всей информации, поступающей в органы чувств от различных рецепторов.
В него включается: мотивационное возбуждение, отражающее доминирующую в данный момент потребность; обстановочная афферентация (ОА на рис. 4.7), способствующая удовлетворению мотивации; извлечение из памяти результатов прошлого опыта и так называемый пусковой стимул (ПС).
Мотивационное возбуждение играет решающую роль в формировании цели (или задачи) действия.
Теория функциональной системы открывает новые пути в изучении нейрофизиологических основ психических процессов. Смысл их состоит в том, чтобы исследовать не сами по себе изолированно взятые нервные процессы, а их организацию, системное строение [6].
На основе рассмотренного выше психологического анализа деятельности и теории функциональной системы разработана общая структура психологической системы деятельности (рис. 4.8).
Показанная на рис. 4.8 схема отражает реальные психологические процессы, побуждающие, программирующие, регулирующие и реализующие деятельность. Она позволяет рассматривать совокупность психических явлений, реализующих деятельность, в их взаимосвязи, как систему.
Психологическая система деятельности включает ряд функциональных блоков (мотивов и целей профессиональной деятельности, принятия решения, программы деятельности и др.), выделенных в качестве ее основных компонентов на том основании, что отражаемые в них структуры являются основными компонентами реальной деятельности.
Однако несмотря на это, все блоки психологической системы деятельности теснейшим образом взаимосвязаны и выделение их производится лишь в целях психологического исследования деятельности. Важнейшим требованием такого исследования является изучение системы деятельности в развитии.
Это позволяет использовать данную систему для решения задач, связанных с повышением эффективности трудовой деятельности и профессионального обучения. Реализация этого положения возможна на использовании концепции системогенеза деятельности, согласно которой процесс освоения профессиональной деятельности не является аддитивным в том смысле, что сначала формируются одни ее составляющие (блоки), затем другие. Деятельность как бы закладывается вся целиком, но вначале в неразвитой форме.
В дальнейшем ее составляющие развиваются неравномерно. При этом развитие любой из них на каком-либо этапе овладения деятельностью достигает лишь того уровня, который является для данного этапа достаточным (а не обязательно максимальным, как иногда считают).
Иначе говоря, развитие каждой из этих составляющих подчиняется развитию системы в целом [202].
В заключение отметим, что в деятельность человека так или иначе вовлекается не только нервная система, но и весь его организм: мышечная, дыхательная, кровеносно-сосудистая система и т.д. Функциональная система организует и регулирует функционирование всех органов тела, подчиняя их основной задаче деятельности. Наряду с этим во всех функциях организма так или иначе проявляются все ее свойства.
Поэтому регистрация, например, пульса, артериального давления, дыхания, мышечного напряжения и т.д. дает ценные сведения для понимания психологических особенностей деятельности и ее нейрофизиологических основ. Поэтому эти показатели широко используются и при проведении инженерно-психологических исследований.
На основании сказанного следует, что физиологическая характеристика труда оператора предполагает также рассмотрение особенностей функционирования различного рода внутренних органов человека в процессе его деятельности, анализ происходящих в этих органах изменений под влиянием условий труда. Как бы различны ни были отдельные виды полезного труда, или производственной деятельности, - писал К. Маркс, - с физиологической стороны это - функции человеческого организма, и каждая такая функция, каковы бы ни были ее содержание и ее форма, по существу есть затрата человеческого мозга, нервов, мускулов, органов чувств и т.д. [23].
В приведенном высказывании речь в первую очередь идет о затратах мозга и нервов. И это не случайно.
Согласно современным представлениям, физиологические основы трудовой деятельности базируются на деятельности центральной нервной системы (ЦНС), обеспечивающей координацию всех органов.
Основными процессами, с помощью которых ЦНС осуществляет координирующие функции, являются возбуждение и торможение. Возбуждение - деятельное состояние нервных клеток, продуцирующих нервные импульсы к соответствующим органам, тканям или другим нервным клеткам. С помощью импульсов возбуждения ЦНС и осуществляет свою функцию высшего распорядителя и организатора всей деятельности организма.
Движущей силой процесса возбуждения является энергия химических веществ, которая используется для его обеспечения. Энергетическое обеспечение процессов возбуждения ограничено некоторыми рамками, которые определяют предел работоспособности человечка.
Этот предел даже для одного человека является величиной переменной и может меняться в зависимости от конкретных условий труда оператора.
Торможением называется процесс активного уменьшения деятельности нервных клеток. Торможение, развивающееся в функционирующих нервных клетках, может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на деятельность оператора.
Так, например, оно может быть охранительным по характеру (при утомлении), предотвращая тем самым нервные клетки от перенапряжения, спасая их от труднообратимых состояний. При монотонной работе, при работе в режиме ожидания сигнала торможение может привести к нежелательным явлениям, например, к потере бдительности, снижению уровня готовности к экстренным действиям.
Процесс торможения всегда находится под контролем сознания. Во время трудовой деятельности человек может волевым усилием продолжать выполнение работы, несмотря на нарастающее чувство усталости, сигнализирующее ему о потребности в отдыхе.
Однако продолжение работы требует энергетического обеспечения, поэтому человеческий организм начинает использовать энергетические вещества, предназначенные для других целей. Такое положение носит название нейрофизиологического конфликта.
Длительные и частые нейроконфликты являются крайне нежелательными для организма, они меняют характер многих физиологических процессов. Требуемый уровень работоспособности осуществляется при этом за счет процессов, менее выгодных энергетически и функционально. Например, в сердечно-сосудистой системе обеспечение необходимого кровоснабжения органов осуществляется не за счет преимущественного увеличения силы сердечных сокращений, а за счет возрастания их частоты [75, 149]. Это приводит к истощению резервных возможностей организма.
Вот почему, например, работа оператора в режиме ожидания сигнала, несмотря на ее кажущуюся легкость, требует постоянных волевых усилий для ограничения процесса торможения. Это является причиной нейроконфликтов, поэтому такая деятельность с физиологической точки зрения является тяжелой и трудной.
Чтобы избежать этого, конструктору следует руководствоваться принципом активного оператора [212], суть которого заключается в выходе работающего за пределы исходных целей, в отличие от приспособительности как ограничения действий субъекта узкими рамками заданного.
Работоспособность оператора не является постоянной на протяжении рабочего дня. Можно выделить
три фазы работоспособности (рис. 4.9). Первая фаза представляет собой период врабатываемости, который может продолжаться от нескольких минут до часа.
Он характеризуется постоянным повышением всех показателей работы оператора (уменьшение ошибочных действий и времени выполнения им работы, повышение точности действий и стабильности результатов работы). Физиологическое содержание этого периода сводится к формированию рабочей доминанты. Доминанта характеризуется тем, что нервные центры, регулирующие рабочие функции организма, постепенно объединяются в единую функциональную систему.
Период врабатываемости (особенно в условиях работы за пультом управления) характеризуется особенно высоким нервно-психическим напряжением.
Второй фазой является период оптимальной работоспособности. Он характеризуется относительно стабильными, наилучшими для данных условий результатами работы оператора. Продолжительность этого периода зависит от степени тяжести и напряженности работы, степени тренированности и других личных качеств оператора.
Для большинства видов операторской деятельности этот период составляет 3 - 4 часа. Третьей фазой работоспособности является период утомления.
Этот период обусловлен истощением энергетических возможностей работающих органов и развитием процесса торможения работоспособность оператора постепенно падает. В первую очередь снижается работоспособность органов и систем, непосредственно обеспечивающих выполнение данной деятельности. Так, например, у операторов РЛС прежде всего развивается утомление зрительного анализатора, у радистов-операторов - слухового.
У операторов, работающих в режиме ожидания сигнала, в первую очередь нарушаются функции внимания. Начало активного развития утомления должно совпадать с окончанием рабочего дня (рабочей смены) оператора.
Большое влияние на работоспособность оператора оказывает четкий ритм производственного процесса. Это имеет особенно большое значение в тех случаях, когда активная работа оператора непрерывна по характеру. Если же такая работа прерывается, то вхождение в работу (период врабатываемости) повторяется
каждый раз. В результате неэкономичности работы и повышенного нервно-психического напряжения в период врабатываемости падает общий уровень работоспособности и быстрее наступает утомление.
Устранение вынужденных перерывов - не единственное средство сделать работу ритмичной и снизить тем самым утомление. Другим проявлением ритмичности является работа без рывков, без замедления и ускорения ее темпа. Признаком ритмичности является стабильность времени выполнения однотипных заданий за пультом управления. Опыт показывает, что у более подготовленных операторов стабильность значительно выше, чем у менее подготовленных.
Умение равномерно расходовать психофизиологические ресурсы организма является одним из признаков профессиональной выносливости, а следовательно, и более эффективной работы.
Оценка стабильности может проводиться с помощью дисперсии времени выполнения однотипных заданий. Кроме того, для определения степени неритмичности может использоваться коэффициент неритмичности Кнр, определяемый по формуле
Kнр =
| τmax - τmin |
τоп |
В специально проведенном эксперименте операторы выполняли функции управления АСУ. В соответствии с установленными нормативами результаты их подготовленности оценивались по четырехбалльной системе. Затем для каждой из групп операторов по формуле (4.2) определялось значение коэффициента неритмичности.
У операторов, получивших отличную оценку, значение Кнр оказалось равным 0,47; у операторов, работа которых была оценена удовлетворительно, значение Кнр гораздо больше и равно 0,69%. Эти данные показывают, что величина Кнр действительно может характеризовать способность оператора к эффективной и производительной работе.
Это обстоятельство должен учитывать конструктор, рекомендующий оптимальный режим труда и отдыха операторов создаваемой СЧМ.
Рассматривая физиологическую характеристику труда оператора, необходимо остановиться и на влиянии операторской деятельности на организм человека. Определяющими здесь являются два фактора. Во-первых, операторский труд связан, как правило, с повышенными нервно-психологическими перегрузками.
Во-вторых, он характеризуется весьма ограниченной двигательной активностью. Сочетание этих двух факторов оказывает крайне неблагоприятное влияние на целый ряд физиологических функций.
Это объясняется следующим образом [76].
Нервно-эмоциональное напряжение приводит обычно к повышению энергетических затрат организма. В процессе длительного эволюционного развития сложились определенные механизмы реагирования организма на внешнюю среду: нервно-психическое напряжение вызывает мобилизацию всех ресурсов организма, ибо оно обычно предшествует и сопутствует активной мышечной работе (преследованию добычи, спасению от врага и т.д.).
Эволюционно сложилось так, что организм человека, находящегося в состоянии нервно-психического напряжения, всегда был готов к интенсивной мышечной работе. Но оператор вынужден часами оставаться в одной, более или менее удобной рабочей позе, при минимальной физической активности и ограниченности поступающей информации.
Многократное повторение такой ситуации может привести к нарушениям как самой центральной нервной системы, так и регулируемых ею физиологических функций.
Особенно сильно страдает сердечно-сосудистая система. Проведенные исследования ряда операторских профессий показывают, что в процессе работы за пультом управления увеличивается кровяное давление (особенно нижнее), частота сердечных сокращений, изменяется электрическая активность сердца.
Происходят также нарушения ряда эндокринных функций, которые также оказывают неблагоприятное влияние на сердечно-сосудистую систему (например, увеличивается количество адреналина и сахара в крови).
