ОЦЕНКА ВЫХОДНЫХ ЭКРАННЫХ ФОРМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

Горячкин Б.С.

ORCID: 0000-0002-0852-4162, Кандидат технических наук, доцент, Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

ОЦЕНКА ВЫХОДНЫХ ЭКРАННЫХ ФОРМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

Аннотация

В статье проводится анализ и оценка характеристик выходных экранных форм автоматизированной системы обработки информации и управления, оказывающих критичное влияние на скорость и точность процесса восприятия, с целью получения эргономичных информационных моделей, которые отвечают требованиям системно-деятельностного подхода к проектированию  человеко-машинных систем. Анализ строится на интегральных характеристиках информационных моделей таких, как информативность, насыщенность, цветовая гамма изображения. В качестве критерия оценки берется максимальная эффективность восприятия представленной информации, а, следовательно, и эффективность  взаимодействия в целом человека-оператора с техническими средствами.

Ключевые слова: информационная модель, экранная форма, средство отображения, эргономичность, зрительная система, цветовая гамма.

Goryachkin B.S.

ORCID: 0000-0002-0852-4162, PhD in Engineering, Associate professor, Moscow State Technical University names Bauman

EVALUATION OUTPUT SCREEN FORMS OF AUTOMATED INFORMATION PROCESSING AND MANAGEMENT

 Abstract

The article provides the analysis and evaluation of the characteristics of the output display forms of automated information processing systems and management that have a critical impact on the speed and accuracy of the process of perception, for the purpose of receiving ergonomic information models that meet the requirements of system-activity approach to the design of human-machine systems. The analysis is based on the integral characteristics of information models such as the information content, saturation, color gamut of the image. As criterion takes the maximum efficiency of perception of information provided, and, consequently, the efficiency of the overall interaction of the human operator with technical means.

Keywords: Information model, a display form, the display means, ergonomics, visual system, color.

1.Введение

В настоящее время проблемам систем «человек-машина» (СЧМ),  эффективности работы этих систем, распределению функций между компонентами системы  придается очень большое значение. Часто критичной оказывается и рабочая  операционная среда, которая должна отвечать целому ряду параметров, таких как освещенность, шум, электромагнитное излучение и пр. Поэтому к системам такого класса, к их проектированию предъявляются очень высокие требования.

Для создания автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ), максимально отвечающих всем требованиям, применяется системно-деятельностный подход [5]. Целью данного подхода является проектирование деятельности человека-оператора и разработка идущих от человека требований к его внешним средствам.

Вопросы достижения эргономичности  АСОИУ рассматриваются в данной статье. Оценка эргономичности это комплексная процедура,  которая должна  безусловно затрагивать все три  коммуниканты  СЧМ, но при этом  учитывать доминирующее влияние зрительного канала приема информации.

2. Постановка задачи

Разработанная автоматизированная система обработки информации и управления в качестве выходных данных, как правило, имеет множество визуальных картин и форм, которые могут быть представлены как на видеотерминальном устройстве системы – тогда можно говорить о выходных экранных формах АСОИУ, так и на твердом бумажном носителе. Работа человека-оператора (будь то разработчик системы или ее эксплуатационщик) в контуре управления требует концентрации внимания, умелых управленческих действий, возможно предварительной подготовки и обучения. Но даже выполнение всех вышеперечисленных факторов может быть недостаточно для эффективного выполнения поставленной задачи [2].

Техническое средство, представляющее собой систему обработки и отображения информации, должно позволять в отведенное время (возможно и реальное) формировать и представлять информационную модель.  В вопросах формирования ключевыми являются задачи времени и степени детализации и точности получаемого изображения. В вопросах представления на первый план выходят характеристики средства отображения.

Но должным образом сформированная ИМ не гарантия ее эффективного восприятия оператором. Здесь тоже уместно говорить о времени и скорости восприятия, а также об адекватности информационной модели. Поэтому для «должного», можно сказать для производительного восприятия необходимо сформировать «хорошую» модель, то есть сформированные экранные формы должны быть эргономичны, а это требует углубленного анализа и оценки  характеристик конкретных (частных) выходных экранных форм, получаемых на выходе разработанной системы, особенно учитывая сложноструктурированные графические  и как вариант картографические ИМ с высокой степенью деталировки и крайне насыщенные.

3. Анализ характеристик экранных форм

Оценка любой частной информационной модели может быть основана  и на методе экспертных оценок, который весьма распространен. Или используя юзабилити, имея ввиду, что юзабилити можно рассматривать  как конечную суммарную степень удобства, меру интеллектуального усилия, необходимого для получения полезных качеств информационной модели, и скорость достижения положительного результата при управлении ею. Однако в этом случае не будут учтены нюансы системно-деятельностного подхода к проектированию человеко-машинных систем.

Если брать интегральный уровень анализа всей модели в целом,  то безусловно целесообразно произвести оценку информативности, информационной насыщенности и  цветовой гаммы изображений на основе нескольких аспектов [4].

Информативность ИМ можно вычислить следующим образом:

    (1)

где I – информативность модели, Ԑ_k – частота воспроизведения k элемента алфавита A,  n – количество элементов выбранного алфавита ИМ  или длина алфавита. То есть

A = {a₁,a₂,….a_k….a_n-1,a_n} (2)

Информативность любой из множества частных ИМ, с одной стороны, не может быть больше информационной емкости экрана

I_m ≤ IA  (3)

где I_m – информативность m-ой информационной модели, IA – информационная емкость экрана. А с другой стороны, заполняемость экрана, абсолютное количество элементов на нем критично из-за ограниченной пропускной способности человека-оператора, особенно когда требуется произвести ответные действия в контуре управления.

IA = I / KS  (4)

где KS – коэффициент заполнения экрана.

Таким образом, зная информативность модели и режим работы ЧО в контуре управления ( зависит от возложенных на оператора функций во время работы с конкретной ИМ), можно выполнить аргументированную оценку этой характеристики.

Информационная насыщенность равна

Ψ = I / S  (5)

где Ψ – насыщенность модели, S  -   площадь «полезной» поверхности экрана.

Наивысшая эффективность работы оператора с экранной формой при возможном дефиците времени может быть обеспечена в случае, если предельная нагрузка не превышает для графических обозначений  1000 – 1200 знаков/м²; для векторной информации  30 – 40 см/дм² [1]. Отметим, что при восприятии по мере продвижения к более высоким уровням приема информации пропускная способность уменьшается, составляя на корковом уровне несколько десятков двоичных единиц в секунду.

Известно, что наблюдатель может правильно воспроизвести в среднем 4,5 буквы на предъявление. Это соответствует приблизительно 20 двоичных единиц информации. При чтении текста человек воспринимает с учетом статистики языка 30—40 дв. ед /сек,  удерживая в оперативной памяти больший объем информации, так как кратковременная память запасает гораздо больше зрительной информации, чем поступает затем для длительного запоминания [6].

Теперь остановимся на цветовой гамме изображения.

В этой связи рассмотрим два аспекта:

1. устойчивость различения цвета при различных условиях функционирования, в первую очередь, при различной внешней засветке экрана, - это определяет выбор цветовых характеристик изображения;
2. пороговые размеры знаков при цветовом восприятии.

Изучение характера изменений устойчивости различения цвета в зависимости от изменения уровня внешней засветки экрана показало, что с увеличением уровня внешней освещенности ошибки в различении цветов возрастают. Проводимый анализ влияния внешних факторов на некритичных значениях освещенности, равных 50 лк и 130 лк, показал ряд цветовых приоритетов при создании ИМ [8]. На рисунке 1 приведена гистограмма устойчивости различения цвета при разной внешней засветке.

 

На рисунке по оси ординат дан средний процент ошибки цветоразличения, по оси абсцисс – цвет; ряд 1 и ряд 2 показывают значения соответствующего параметра при уровнях посторонней засветки, приведенных выше.

Допустимый уровень внешней засветки считается не превышающий 350 лк. Значительное ухудшение различимости цветов наступает при уровне посторонней засветки 900 лк и выше.

Также известно, что ни цвет искомого объекта сам по себе, ни фон, ни любое взаимодействие, включающее эти переменные, не оказывают значимого влияния на зрительный поиск цветных элементов ИМ при условии, что уровень контраста между элементом и фоном превосходит некоторый оптимальный порог разборчивости.

Поэтому при допустимых уровнях внешней засветки смешанные (комбинированные) изображения обеспечивают хорошую цветопередачу и устойчивое цветоразличение следующих цветов: черного, красного, коричневого, зеленого, синего; бирюзовый и желто-зеленый цвета воспринимаются неудовлетворительно.

Второй аспект , касающийся остроты зрения при восприятии цветной информации, может быть оценен следующим образом. Острота зрения или степень зрительной чувствительности при восприятии  знаков черного, красного, коричневого цветов выше, чем при восприятии знаков зеленого, желто-зеленого, бирюзового цветов.

Оперативными пороговыми размерами элементов информационной модели, при которых обеспечивается их надежное восприятие на экране при некритичных уровнях внешней освещенности, являются:

- для красного, коричневого и черного цветов      10 – 11 угл.мин.

- для оранжевого и синего цветов                           13 – 14 угл.мин.

- для зеленого цвета                                                   18 – 20 угл.мин.

- для желто-зеленого цвета                                        50 – 55 угл.мин.

Приведенный цветовой анализ дает четкое (возможно, и даже, скорее всего, неполное) представление о цветовом выборе при разработке выходных экранных форм. Однако в настоящей статье не затрагивается крайне важный и порой определяющий момент при формировании многоцветных ИМ – это цветовой контраст. Он заслуживает пристального внимания при создании сложных цветных моделей.

4. Заключение Способы оценки конкретных выходных экранных форм, выбор для анализа тех или иных характеристик ИМ, представленные в этой статье могут быть использованы, с одной стороны, как этап эргономической экспертизы с последующим представлением полученных результатов в эргономическом сертификате, а, с другой, как составная часть проектирования эргономического обеспечения АСОИУ и получения эргономичной автоматизированной системы.

Литература

1. Анализ и оптимизация операторской деятельности: Метод. материалы/ ВНИИТЭ, КЦ СЭВ по проблеме РНОЭНТ. – М., 1986.
2. Баканов А.С. Проектирование пользовательского интерфейса: эргономический подход/ под ред. А.С. Баканов, А.А. Обознов. – М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 2009. – 185 с.
3. Борисюк А.А. Эргономика в приборостроении. – К.: Техника, 1985.
4. Гасов В.М., Горячкин Б.С. Методика оценки информационных моделей систем отображения и обработки информации // Современные проблемы автоматического управления. Сборник докладов. – М., 1987.
5. Гасов В.М., Горячкин Б.С. Системно-деятельностный подход проектирования АСУ реального времени // Сборник науч. трудов Ленингр. ин-т информатики и автоматизации АН СССР. – Л., 1989.
6. Горячкин Б. С., Яроц Е. В. Метод для определения эргономичности текстовых редакторов// Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журнал,– № 12. – URL: http://engsi.ru/doc/747487.html (дата обращения 20.09.2016).
7. Салвенди Г. Человеческий фактор. В 6 томах. –М.: Мир, 1991.
8. Чайнова Л.Д., Горячкин Н.В., Белецкий М.Е. Некоторые вопросы цветового кодирования графического изображения на информационных индикаторах // Труды ВНИИТЭ. – 1972., № 2.

References

1. Analis i optimizatsiya operatorskoy deyatelnosty: Metod. Materialy [Analysis and optimization of operator's activity] / VNIITE, KC SEV po probleme RNOENT – M., 1986. [in Russian]
2. Bakanov A. S. Proektirovanie polzovatelskogo interfeisa: ergonomichesky podxod/ pod redaktsiey A. S. Bakanov, A. A. Oboznov [Designing the user interface: an ergonomic approach] – M.: Izdatelstvo «Institute psychology RAN», 2009. – 185 p. [in Russian]
3. Borisyuk, A. A. Ergonomika v priborostroeny [The ergonomics of the instrument]. – K.: Tekhnika, 1985. [in Russian]
4. Gusow V. M., Goryachkin S. B. Metodika otsenki informatcionnyx modeley system otobrazheniya i ovrabotki informatsy [Methods of evaluation of information systems models displaying and processing of information] // Sovremennye problemy avtomaticheskogo upravleniya/ Modern problems of automatic control. Sbornik dokladov. – M., 1987. [in Russian]
5. Gusow V. M., B. S. Goryachkin Sistemno-deyatelnostny podxod proektirovaniya ACY realnogo vremeni [System-activity approach of the design automation real time] // Cbornik naychnyx trydov Leningradskogo instituta informatiki i avtomatiki Academy nauk SSSR. – L., 1989. [in Russian]
6. Goryachkin B. S., Aroc E. V. Metod dlya opredeleniya tekstovyx redactorov [Method for determining the ergonomics of text editors] // Inzhenerny vestnik. MGTU im. N. E. Bauman. Electron. zhyrnal, 2014. – No. 12. – URL: http://engsi.ru/doc/747487.html (data obrascheniya 20.09.2016). [in Russian]
7. Salvendy G. Chelovecheskiy factor [The Human factor]. V 6 tomax. – M.: Mir, 1991. [in Russian]
8. Chanova L. D., Goryachkin N. V., Beletsky E. M. Nekotorye voprosy tsvetovogo kodirovaniya graficheskogo izobrajeniya na informatsionnyh indicatorax [Some issues of color coding the graphical image in the information indicators] // Trydy VNIITE, 1972. № 2. [in Russian]