Особенности эргономической оценки пользовательских интерфейсов человеко-машинных систем специального назначения

3!

Совершенствование интерфейсов

УДК 004.5

Н. А. Назаренко, А. В. Осетров

Особенности эргономической оценки пользовательских интерфейсов человеко-машинных систем специального назначения

Ключевые слова: пользовательский интерфейс, эргономическая оценка, системы специального назначения, подход к эргономической оценке, человеко-машинные системы.

Keywords: user interface, ergonomic evaluation, special-purpose system, the approach to the ergonomic evaluation, man-machine systems.

В статье рассмотрены специфика проведения эргономической оценки пользовательских интерфейсов систем специального назначения, а также предложен подход эргономической экспертизы подобных систем, учитывающий их особенности. Описаны основные особенности оценки пользовательских интерфейсов систем специального назначения, влияющие на качество экспертизы и эффективность использования человеко-машинных систем.

Введение

В современном мире с ростом возможностей информационных технологий и объема информации, обрушивающейся на человека (оператора), все чаще мы слышим фразы: «ошибка оператора», «авария по причине человеческого фактора», «не справился с управлением» и т. п. По статистике около 75—80 % всех аварий обусловлены тем, что оператор по разным причинам не справился с управлением вверенной ему системой, будь то управление каким-либо транспортным средством (от автомобиля до танка или самолета) либо электростанцией. Что же стоит за общим штампом «авария по причине человеческого фактора»? Это значит, что человек (оператор) не справился со своей задачей в данных условиях, в данном месте и в данное время. Это значит, что оператор не понял требований системы (не увидел предупреждающих сигналов или этих сигналов не было), перепутал сигналы, не успел произвести действия, предупреждающие аварию (алгоритм деятельности в экстремальных условиях не был разработан), не знал, как предотвратить возникшую ситуацию (не был обучен, не прошел профотбор и т. д.), и еще много разных «не», связанных с эргономическим

обеспечением разработки сложных человеко-машинных систем, разновидностью которых являются системы специального назначения. Данному виду систем следует уделять повышенное внимание при проектировании и экспертизе, так как аварии, вероятные при их использовании, могут привести к значительным человеческим жертвам и другим серьезным последствиям.

Эффективность и качество функционирования современных человеко-машинных систем специального назначения (ЧМС СН) во многом зависят от эргономического обеспечения деятельности оператора. В процессе создания таких систем важную роль играет экспертиза эргономичности пользовательского интерфейса. В данной статье представлены основные особенности и методика эргономической оценки пользовательских интерфейсов ЧМС СН.

1. Особенности эргономической оценки пользовательского интерфейса ЧМС СН

1.1. ГОСТы и нормативные документы

Одной из основных особенностей эргономической оценки пользовательского интерфейса (ПИ) ЧМС СН является строгая ориентация на ГОСТы и нормативные документы. Это значит, что если в ГОСТах или других нормативных документов что-то не предусмотрено или устарело, что при нынешнем положении российских стандартов далеко не редкость, то это может не приниматься во внимание разработчиками, а также лицами, ответственными за приемку системы. Это зачастую усложняет эргономическую оценку и ведет к снижению ее качества.

Таблица 1 Различие мнений разработчиков и операторов по степени значимости отдельных показателей, влияющих на эффективность деятельности

Показатель Вес в иерархии

Разработчики Операторы Эргономисты

Функциональность 0,730 0,373 0,435

Расположение 0,097 0,371 0,261

Отображение 0,173 0,256 0,304

Дислокация на дисплее 0,048 0,219 0,103

Взаимное расположение 0,048 0,152 0,103

Время обновления (отклика) 0,233 0,145 0,114

Кодирование 0,029 0,089 0,080

Информативность 0,262 0,087 0,120

Шрифт 0,024 0,086 0,126

Графические элементы 0,121 0,081 0,154

Настройка параметров отображения 0,099 0,078 0,103

Внутренняя структура 0,136 0,063 0,097

На данный момент в нашей стране порядок и содержание эргономического обеспечения регламентирует ГОСТ РВ 29.00.002 «Система стандартов эргономических требований и эргономического обеспечения. Эргономическое обеспечение. Основные положения». Данный ГОСТ обязателен для исполнения при создании систем специального назначения, а ответственным за его исполнение является главный конструктор. Кроме этого стандарта существует еще ряд нормативных документов, предъявляющих эргономические требования к сложным техническим системам, но как всегда они либо не успевают за прогрессом в области информационных технологий, либо являются ограничивающими, т. е. весьма незначительно сужают множество вероятных вариантов построения ПИ. Это дает возможность разработчикам создавать не очень удобные для пользователей (операторов) и менее эффективные в работе ЧМС СН, так как мнения разработчиков и операторов в определении важности различных компонентов, влияющих на качество системы, существенно различаются, что показывает опыт проведения эргономических экспертиз (ЭЭ) подобного рода [1, 4].

В табл. 1 представлен пример, показывающий подобные различия. Серым цветом выделены показатели, мнения по которым различаются более чем в два раза. Полужирным курсивом показаны значения значимых для разработчиков показателей.

Из таблицы видно, что эргономисты могут являться связующим звеном между операторами и разработчиками, поскольку их мнение по важности

соответствующих показателей лежит между ними, но все же ближе к мнению операторов.

Для операторов очень важно соответствие расположения информационных блоков и управляющих элементов алгоритму выполняемой деятельности, а представление информации второстепенно. Эргономисты выделяют как существенное именно представление информации. Такое различие во мнениях связано с тем, что эргономисты больше внимания уделяют эффективности представления информации и здоровью операторов, нежели удобству и логическому соответствию элементов интерфейса алгоритму деятельности. Практика показывает, что при длительной работе операторы перестают обращать внимание на некоторые несоответствия в расположении блоков алгоритму деятельности, вырабатывая определенные привычки и стереотипы, что несколько снижает эффективность функционирования всей системы (комплекса) [4].

Эргономическое обеспечение разработки ЧМС СН обязательно должно учитывать личностные особенности операторов и их способность к восприятию и переработке информации, даже если это не регламентировано ГОСТами [2].

1.2. Пользователи

Основная цель ЭЭ ПИ любой системы — определение факторов, негативно влияющих на эффективность функционирования всей системы. Для этого проводятся исследования пользователей и самой

разрабатываемой системы. Исследование пользователей проходит в двух направлениях: первое — исследование личностных физиологических, психологических и психофизиологических особенностей, а также привычек, требований и пожеланий; второе — это исследование рабочей деятельности. Данные исследования позволяют выявлять возможности оператора по восприятию и переработке информации, а также разрабатывать эффективные системы взаимодействия человека с техникой. Отсюда вытекает следующая особенность эргономической оценки ПИ ЧМС СН: затрудненный доступ к будущим пользователям системы.

Далеко не всегда специалисты, проводящие эргономическую оценку ЧМС СН, ввиду специфики исследуемой системы или комплекса имеют возможность общаться с будущими квалифицированными пользователями, лично проводить необходимые опросы и исследования. Тогда приходится полагаться на психологические и эргономические исследования и накопившийся опыт, а также «менять» реальных пользователей на близких к ним, например на преподавателей или пользователей аналогичных систем. Подобный подход несколько снижает достоверность результатов экспертизы и проектирования, но дает намного лучшие результаты, нежели вовсе отказ от нее.

1.3. Частичная автоматизация деятельности

Основной особенностью специализированных систем является невозможность полной автоматизации решаемых задач, что, естественно, требует активного участия оператора в решении рабочих задач. Ввиду того что оператор не взаимодействует с объектом непосредственно, а работает в режиме диалога только с его информационной моделью, то встает вопрос о наиболее эффективном представлении оператору этой информационной модели и построении диалога, обеспечивающего решение поставленной задачи или комплекса задач. На ранних стадиях создания таких систем возможна отработка различных видов информационных моделей, а также различных способов организации диалога. Кроме того, в процессе проектирования, на том же этапе создания ЧМС СН, необходимо решить комплекс задач по распределению функций между оператором и информационно-программно-техническим комплексом. Эти работы должны быть увязаны между собой в единое целое. Одной из основных проблем является то, что оператор ЧМС СН при решении реальной задачи обычно ограничен временем и при этом ему предъявляются высокие требования по безошибочности решения всего комплекса поставленных задач.

Необходимо заметить, что при разработке функциональных возможностей ЧМС СН следует учитывать когнитивные и деятельностные компоненты выполнения операций. Вся деятельность оператора

раскладывается на последовательность связанных задач и подзадач, логические этапы в соответствии с внутренним представлением субъекта труда, их значимостью для него, весом в общей картине выполнения действий. Такая декомпозиция позволяет наиболее эффективно разработать набор функциональных возможностей системы.

Предоставление оператору наиболее полного спектра функциональных возможностей сужает круг проблем, связанных с использованием вспомогательных систем, что, в свою очередь, влечет за собой эмоциональную разгрузку, сокращает время на выполнение профессиональных задач и вероятность возникновения различных ошибок.

Вследствие вышесказанного при оценке ПИ ЧМС СН необходимо особое внимание уделять адекватности и соответствию предоставляемой оператору информации и функциональных возможностей алгоритмам выполнения рабочих задач. Если одну рабочую задачу можно решить несколькими путями, следует определить эффективность каждого алгоритма при заданных условиях [2, 4].

1.4. Время

Как всегда при проведении серьезных и крупномасштабных проектов и разработок самый дорогостоящий и редкий ресурс — это время. К сожалению, зачастую у разработчиков не хватает времени на полномасштабную эргономическую экспертизу и исследования. В лучшем случае проводится усеченная экспертиза технических решений на поздних этапах проектирования, когда что-либо менять уже поздно и исправления носят скорее косметический характер, либо проводится экспертиза не всей системы, а нескольких информационных кадров. Вследствие этого мы получаем системы, с которыми человек вынужден бороться за выживание.

2. Подход к эргономической оценке пользовательского интерфейса ЧМС СН

Учитывая особенности, описанные в п. 1 настоящей статьи, а также опыт проведения ЭЭ ЧМС, была разработана методика эргономической оценки ПИ ЧМС СН.

Проведение ЭЭ ПИ ЧМС СН может быть разбито на пять последовательных этапов:

1) подготовка экспертизы;

2) уточнение модели эргономических свойств качества ПИ;

3) оценка относительной значимости эргономических свойств;

4) оценка степени выполнимости эргономических свойств;

5) анализ недостатков и выработка рекомендаций.

Рассмотрим их подробнее.

2.1. Подготовительный этап

На данном этапе определяют рабочую группу, которая будет проводить все работы по ЭЭ, формируют цель экспертизы, которую впоследствии детализируют и разбивают на отдельные задачи, помогающие достичь поставленной цели, разрабатывают «Программу и методику эргономической экспертизы».

При проведении эргономической экспертизы рабочая группа участвует в решении следующих задач:

• построение структуры (обычно иерархической) частных показателей качества ПИ;

• подбор групп экспертов;

• оценка степени соответствия отдельных свойств объектов экспертизы некоторой совокупности слабо формализованных требований;

• оценка степени выполняемости отдельных эргономических свойств ПИ;

• анализ выявленных недостатков и выработка рекомендаций.

Перечисленные задачи возникают на различных этапах проведения экспертизы, и для их решения требуются различные уровни и области компетентности эргономистов. Поскольку рабочая группа управляет процессом экспертизы и взаимодействием экспертов, в нее должны входить специалисты в области экспертного оценивания, аналитики и специалисты в области представления информации. Так как именно рабочая группа ответственна за подготовку, проведение и результаты экспертизы, нередко возникает ситуация, когда ее представители навязывают экспертам «правила игры», с которыми те могут быть не согласны, но ничего не могут изменить из-за ограниченности сроков проведения экспертизы. Рабочая группа может использовать различные способы давления на экспертов в целях получения нужного результата (например, выгодного заказчику экспертизы):

• целенаправленный подбор экспертов, склонных к определенной точке зрения (включения в группу «своих» и отсеивание «чужих»);

• разработка и использование некорректных методик оценки, позволяющих подгонять данные под необходимый результат;

• сокрытие от экспертов критически важной информации о системе оценок или об объектах экспертизы.

Помимо преднамеренного влияния рабочей группы на результат экспертизы возможно и непреднамеренное негативное влияние, вызванное недостаточной квалификацией рабочей группы и выражающееся в неправильной разработке программы и (или) методики ЭЭ (например, не учтены ключевые особенности объекта). Наилучшим выходом из создавшейся ситуации является поручение подготовки (особенно методической части) и проведения экспертизы независимой организации, специализирующейся в этой области [4].

2.2. Уточнение модели эргономических свойств качества ПИ

На данном этапе для конкретной ЧМС СН уточняют набор свойств, влияющих на качество исследуемого ПИ и входящих в модель качества ПИ [1]. Уточнение модели необходимо, поскольку разработанная авторами модель общая и учитывает множество показателей, которые могут отсутствовать у конкретных ЧМС СН из-за ограничений, накладываемых условиями эксплуатации. Так, у разрабатываемой системы может отсутствовать поли-экранность, значит, функциональные возможности будут описаны только органами управления (навигацией).

2.3. Оценка относительной значимости эргономических свойств

Данный этап разделяется на два подэтапа:

1) подбор групп экспертов;

2) получение оценок весовых коэффициентов значимости выделенных свойств.

В процессе подготовки к подбору групп экспертов необходимо решить следующий ряд вопросов:

• каких экспертов привлечь к экспертизе;

• как мотивировать привлекаемых экспертов;

• как получать информацию от экспертов (каким способом);

• как анализировать и обрабатывать информацию, полученную от «разнородных» экспертов, имеющих различные квалификацию (компетентность) и другие специфические особенности?

Если по первым двум вопросам и по теоретическим аспектам обработки информации написано много работ [например, 3, 7, 8], то по практическим аспектам решения двух последних вопросов имеются только общие рекомендации, практическая реализация которых зачастую затруднена особенностями экспертов.

Для получения более объективного результата к экспертизе предлагается привлекать две группы экспертов:

1) будущие пользователи данных ЧМС СН;

2) преподаватели, обучающие операторов работе с данными ЧМС СН.

Соотношение численности первой группы ко второй должно быть примерно 3 или 2 к 1, что позволит уравновесить возможности и привычки пользователей «нового» поколения с опытом предыдущего и построить модель качества ПИ, отвечающую современным тенденциям в области информационных технологий и базирующуюся на положительном опыте прошлых поколений.

Для обработки экспертной информации предлагается использовать метод анализа иерархий [6] как один из наиболее подходящих по своим особенностям для решения задач эргономической экспер-

42

Совершенствование интерфейсов

тизы. Для получения исходных данных от экспертов предлагается использовать следующий метод.

1. Значимость каждого эргономического свойства, входящего в модель, ь-й эксперт оценивает в пределах от 0 до 100.

2. Для каждого показателя отдельного уровня рассчитывают среднее значение по всем экспертам с учетом коэффициента компетентности эксперта:

п

С = X 1,

ь=1

где п — количество экспертов; с^ — коэффициент значимости /-го свойства, проставленный ь-м экспертом; Ъь — коэффициент компетентности ь-го эксперта.

3. Полученное в пункте 2 значение коэффициента нормируют относительно своего уровня таким образом, чтобы в сумме все веса на уровне давали 1:

С1 =

1

Хк

1=1С1

, при этом

х к== 1 с/=1.

Таким образом, получают матрицу коэффици-

ентов значимости свойств:

(

С =

с11, с12, С21, С22,

1 Ci2, . сn1, сn2,

с1к

С2к

С1к > спк

4. После построения матрицы С проверяют согласованность мнений экспертов. Если мнения экспертов не согласованы, возвращаются к пункту 1, если вторично рассогласованность мнений экспертов будет значительной, рекомендуется распустить экспертную группу и сформировать ее заново.

Для оценки согласованности мнений экспертов предлагается использовать простые и понятные пользователю критерии, которые учитывают мнения экспертов:

• максимальное отношение половины разброса показателей к среднему

д в1\а'п -1 Д1 = тах—1—=--

1 2а'

ь, I = 1,2, ..., к,

где р,- — коэффициент компетентности 1-го экспер-

та;

• относительное отклонение среднего арифметического от среднего геометрического

Д2ь = 1 - ^, ь = 1,2,..., к,

скь

где среднее геометрическое

СёЬ = 1=1

х 1А _____1=1

1п а-ь

П а'? = ехр-

1=1

к

X в-1=1

Очевидно, что значение Д1 должно быть невелико (при хорошей согласованности мнений экспертов) для весомых показателей. Апробация данного соотношения на результатах экспериментов показала, что значение резко возрастает для незначимых показателей.

Компоненты вектора Д2 = (Д21,Д22, ..., Д2к) отражают согласованность мнений группы экспертов относительно важности каждого из показателей.

Предлагаемый метод получения исходных данных прост и понятен для экспертов и не требует больших временных затрат. К тому же, как показывает практика, оценки, полученные от экспертов таким путем, совпадают с оценками, полученными при правильном использовании метода парных сравнений, который чаще всего используется для получения исходных данных методом Саати. Но использование предлагаемого метода занимает на порядок меньше времени и усилий.

Полученные оценки впоследствии при анализе результатов эргономической экспертизы ПИ позволят проранжировать выявленные недостатки по их важности.

2.4. Оценка степени выполнимости эргономических свойств

На данном этапе все используемые для оценки системы показатели качества делятся на три группы:

1) субъективные показатели (преимущественно имеющие качественную природу), на которые не распространяются требования нормативно-технической документации и которые могут быть оценены только экспертами-пользователями;

2) объективные показатели, которые могут быть оценены или измерены тем или иным путем; показатели, для которых имеются соответствующие нормативы (односторонние нижние границы), но которые при этом могут быть улучшены;

3) показатели, для значений которых имеются интервальные границы, но в рамках этих границ они совершенно по-разному влияют на эффективность и комфортность деятельности конкретного оператора.

Основная трудность здесь заключается в том, что даже в рамках одной группы показатели имеют разные шкалы измерения, например «количество используемых алфавитов кодирования» и «яркость». В целях решения данной проблемы и возможности корректного агрегирования для получения интегральной оценки эргономического качества необходимо использовать единую шкалу и корректные методы перевода измеренных (вычисленных) значений в данную шкалу.

После оценки всех параметров, относящихся к различным группам, производят оценку самих групп, на основании которой на следующем этапе формируют рекомендации по улучшению эргономи-

ческого качества конкретных показателей и (или) групп показателей анализируемого ПИ ЧМС СН.

Интегральные оценки эргономического качества компонентов ПИ ЧМС СН предлагается рассчитывать либо методом аддитивной (линейной) свертки ранее полученных обобщенных экспертных оценок, если в ПИ ЧМС СН отсутствуют элементы, низкое качество которых недопустимо и сводит на нет совокупное качество системы или ее подсистем, либо методами нелинейной свертки обобщенных оценок, например свертки Гермейера [5].

2.5. Анализ недостатков и выработка рекомендаций

На заключительном этапе на основе оценок, полученных на третьем этапе экспертизы, все выявленные недостатки должны быть проранжированы по важности, чтобы выделить основные из них. Анализ недостатков и выработка рекомендаций эргономисты должны проводить на основе полученных оценок, опроса экспертов, а также детального анализа информационных моделей и алгоритмов деятельности.

Заключение

Представленный подход позволяет учесть основные особенности эргономической экспертизы ПИ ЧМС СН и может служить базисом для создания

автоматизированной системы поддержки специалистов при проведении эргономических экспертиз сложных систем.

Литература

1. Построение иерархии частных показателей качества пользовательского интерфейса / Л. В. Агафонова, В. Д. Гусейнов, Н. А. Назаренко [и др.] // Человеческий фактор: проблемы психологии и эргономики. 2013. № 4. С. 91-93.

2. Анохин А. Н. Назаренко Н. А. Проектирование интерфейсов // Биотехносфера. 2010. № 2/8. С. 21-27.

3. Бурков Е. А., Евграфов В. Г., Падерно П. И. Критерий согласованности парных сравнений // Информационно-управляющие системы. 2011. № 3. С. 57-60.

4. Опыт проведения эргономической экспертизы специализированной человеко-машинной системы / Е. А. Бурков, Н. А. Назаренко, П. И. Падерно // Материалы XII Всерос. совещания по проблемам управления (ВСПУ-2014). М., 2014. С. 6362-6371.

5. Гермейер Ю. Б. О свертывании векторных критериев эффективности в единый критерий при наличии неопределенности в параметрах свертывания // Кибернетику на службу коммунизму. М.: Энергия, 1971. Т. 6. С. 174-185.

6. Кернс К., Саати Т. Аналитическое планирование. Организация систем. М.: Радио и связь, 1991. 224 с.

7. Литвак Б. Г. Экспертные технологии в управлении. М: Дело, 2006. 400с.

8. Сидельников Ю. В. Системный анализ технологии экспертного прогнозирования. М.: Доброе слово, 2007. 348 с.

(Г л

ПРИГЛАШАЕМ РЕКЛАМОДАТЕЛЕЙ К СОТРУДНИЧЕСТВУ

Рекламные статьи и модули печатаются за плату согласно расценкам

Черно-белые полосы Цветные полосы Скидки при единовременной оплате

1 полоса А4 (180 х 250 мм) 6 000 2-я стр. обложки и каждая стр. вкладки: А4 (195 х 280) А5(195 х140) 12 000 8 000 2-х публикаций 10 %

1/2 полосы (180 х 125 мм) 3 500 3-я стр. обложки А4 (195 х 280) А5(195 х140) 10 000 5 000 3-х публикаций 15 %

1/4 полосы (85 х 110 мм) 2 125 4-я стр. обложки: А4 (195 х 280) А5(195 х140) 13 000 6 500 4-х и более 20 %

1/8 полосы (85 х 50 мм) 800

V Л