Кіріспе

Интерфейс дизайнына қатысу тәсілі
Экологиялық интерфейс дизайны (EID) – күрделі әлеуметтік-техникалық, нақты уақытты және динамикалық жүйелер үшін арнайы әзірленген интерфейс дизайнына қатысу тәсілі. Ол процестерді басқару (мысалы, атом электр станциялары, мұнай-химия зауыттары), авиация және медицина сияқты әртүрлі салаларда қолданылған. EID пайдаланушыға бағытталған дизайн (UCD) сияқты кейбір интерфейс дизайны әдістемелерінен соңғы пайдаланушыға немесе нақты міндетке емес, жұмыс доменіне немесе ортаға назар аудару арқылы ерекшеленеді. EID-тің мақсаты – жұмыс ортасындағы шектеулер мен күрделі байланыстарды пайдаланушыға сезімді ету (мысалы, көруге немесе естіуге болатын). Бұл пайдаланушылардың танымдық ресурстарын проблемаларды шешу және шешім қабылдау сияқты жоғары деңгейдегі танымдық процестерге жұмсауға мүмкіндік береді. EID когнитивтік инженерия және когнитивтік жүйелер инженериясы саласындағы зерттеулердің екі маңызды түсінігіне негізделген: Абстракциялық иерархия (AH) және Дағдылар, ережелер, білім (SRK) аясы. Ақыл-ой жүктемесін азайту және білімге негізделген ойлауды қолдау арқылы EID күрделі жүйеде күтілетін және күтпеген жағдайларда пайдаланушының өнімділігі мен жүйенің жалпы сенімділігін арттыруға бағытталған.

ЭИД-нің пайда болуы мен тарихы

Экологиялық интерфейсті жобалау 1980 жылдардың аяғы мен 1990 жылдардың басында Ким Висенте мен Йенс Расмуссен тарапынан ұсынылды. Бұл интерфейсті жобалаудың бір негізі ретінде, Данияның Рисо Ұлттық зертханасында адам-жүйе сенімділігін зерттеудің кең ауқымды нәтижелерінен кейін жасалды (Rasmussen & Vicente et al, 1989; Vicente, 2001). EID терминіндегі «экологиялық» аталымы Джеймс Дж. Гибсон дамытқан экологиялық психология мектебінен шыққан. Психологияның бұл саласы адам мен орта арасындағы қарым-қатынастарға, әсіресе нақты ортадағы адамның қабылдауына назар аударады, зертханалық ортаға емес. EID экологиялық психологиядан қарыз алады, күрделі жүйедегі жұмыс ортасының шектеулері мен байланыстары интерфейс арқылы қабылдау деңгейінде көрсетіліп, пайдаланушының мінез-құлқына әсер етеді. Экологиялық жобаларды жасау үшін Рисо Ұлттық зертханасының зерттеушілері бұрын әзірлеген талдау құралдары қолданылды, олардың ішінде Абстракция иерархиясы (AH) және Біліктіліктер, ережелер, білім (SRK) жүйесі бар. EID алғаш рет ядролық электр станциялары жүйелерінде қолданылып, бағаланды (Vicente & Rasmussen, 1990, 1992). Бұл құралдар танымдық жұмысты талдау үшін де пайдаланылады. Бүгінгі күнге дейін EID компьютерлік желілерді басқару, анестезиология, әскери басқару және бақылау, сондай-ақ ұшақтар сияқты әртүрлі күрделі жүйелерде қолданылған (Vicente, 2002; Burns & Hajdukiewicz, 2004).

Мотивация

Технологияның қарқынды дамуы және экономикалық қажеттіліктер инженерлік жүйелердің күрделілігінің артуына әкеп соқты (Vicente, 1999a). Осының салдарынан, дизайнерлер үшін мұндай жүйелерде болатын оқиғаларды болжау қиынға түседі. Күтпеген оқиғалар анықтала алмайды, демек, оларды оқыту, процедуралар немесе автоматтандыру арқылы алдын алу мүмкін емес. Тек белгілі сценарийлерге негізделген күрделі әлеуметтік-техникалық жүйе көбінесе күтпеген жағдайларды қолдау үшін икемділігін жоғалтады. Жүйе қауіпсіздігі операторлардың жаңа және бейтаныс жағдайларға бейімделу қабілетінің жетіспеуінен жиі зардап шегеді (Vicente & Rasmussen, 1992). Экологиялық интерфейс жобалау операторларға, әсіресе күтпеген оқиғалар кезінде, пассивті бақылаушылар емес, белсенді мәселе шешушілерге айналу үшін қажетті құралдар мен ақпаратты ұсынуға бағытталған. EID шеңберіне сәйкес жасалған интерфейстер бейтаныс және күтпеген оқиғалармен жұмыс істеу кезіндегі психикалық жүктемені азайтуға көмектеседі, бұл психологиялық қысымның күшеюімен байланысты (Vicente, 1999b). Осылайша, тиімді мәселелерді шешу үшін когнитивтік ресурстар босатылуы мүмкін. Операторларға күтпеген оқиғаларды сәтті басқару құралдарын берумен қатар, EID пайдаланушылардан сарапшы болуды талап ететін жүйелер үшін де ұсынылады (Burns & Hajdukiewicz, 2004). Абстракциялық иерархияны (AH) және дағдылар, ережелер, білімдер (SRK) аясын пайдалану арқылы EID жаңа пайдаланушыларға озық ақыл-ой модельдерін оңай игеруге мүмкіндік береді, оларды дамыту әдетте көп жылдық тәжірибе мен оқытуды қажет етеді. Сонымен қатар, EID үздіксіз оқу және таратылған, ынтымақтастық жұмыстың негізін құрайды (Vicente, 1999b). Күрделі әлеуметтік-техникалық жүйелермен кездескенде, дизайнерлер операторлардан қандай ақпаратты көруге ниеттенетіні туралы сұрауға әрқашан мүмкіндік болмайды, себебі әр адам жүйені әртүрлі деңгейде түсінеді (бірақ көбінесе толық емес) және әртүрлі жауаптар береді. EID шеңбері дизайнерлерге пайдаланушылардан сұрау мүмкін болмаған немесе ыңғайсыз болған жағдайларда қандай ақпарат қажет екенін анықтауға мүмкіндік береді (Burns & Hajdukiewicz, 2004). EID-нің мақсаты – қолданыстағы жобалау әдістемелерін, мысалы, UCD және тапсырма талдауын алмастыру емес, оларды толықтыру.

UCD және EID: Неліктен EID-ді қолданамыз?

Бүгінгі күні терезелердегі интерфейстерден көріп отырғанымыздай, пайдаланушыға бағытталған дизайн (UCD) пайдаланушылардың қалауларын және мүмкіндіктерін тамаша анықтап, оларды интерфейстерге енгізуде үлкен жетістіктерге қол жеткізді. UCD пайда болмас бұрын, интерфейс дизайны бағдарлама жасалған соң ғана ескерілетін, бағдарламашыларға толығымен тәуелді және соңғы пайдаланушыны мүлдем назарға алмайтын жағдай болды.

EID-нің маңызы қандай?

UCD әдісі көбінесе пайдаланушы мен интерфейс арасындағы жекелеген өзара әрекеттесулерге назар аударады, бірақ бұл бүгінгі күрделі жүйелермен жұмыс істеу үшін жеткіліксіз, себебі оларда ақпаратты орталықтандырылған түрде басқару қажет және ол әртүрлі интерфейстерде әртүрлі деңгейде көрсетіледі. EID күрделі жүйелерді жобалау процесіне қосымша ретінде пайдалы болады, тіпті өте тәжірибелі пайдаланушылардың өзі бүкіл күрделі жүйенің (электростанция, атом электр станциясы, мұнай-химия зауыты және т.б.) қалай жұмыс істейтінін толық түсінбейді. Белгілі факті, пайдаланушылар өз интерфейстері арқылы басқаратын күрделі процестердің арасындағы барлық байланыстарды әрқашан түсінбейді немесе оларды түсіну қажеттігін сезінбейді. Сонымен қатар, пайдаланушылар өздері жұмыс істейтін жүйеге әсер ететін шектеулердің бар екенін білмейді, ал оларды анықтау үшін қосымша күш жұмсау қажет (Burns & Hajdukiewicz, 2004). EID осы шектеулерге негізделген стильді жобалау тәсіліне енгізеді, ол пайдаланушыдан деректер алғанға дейін пайдаланушы доменінің шектеулерін зерттейді. EID күрделі жүйені – оның құрылымын, архитектурасын және бастапқы мақсатын түсінуге, содан кейін осы ақпаратты соңғы пайдаланушыға жеткізуге бағытталған, осылайша олардың үйрену қисығын төмендетіп, біліктерін арттыруға көмектеседі. Интерфейс дизайнының шектеулерге негізделген стилі күтпеген жағдайларды басқаруды жеңілдетеді, себебі жағдай қандай болсын, шектеу бұзылады және пайдаланушы оны көре алады, содан кейін интерфейспен өзара әрекеттесіп, шектеуді қалпына келтіріп, жүйені жөндеуге тырысады. Бұл UCD-нің пайдалылығын азайта қоймайды, бірақ EID жобалау процесіне ерекше көзқарас ұсынады және оны басқа когнитивтік инженерия техникаларымен бірге қолдану арқылы пайдаланушы интерфейстерін жақсартуға және адам-машина өзара әрекеттесуіндегі сенімділікті арттыруға болады.

Абстракция иерархиясы

Абстракция иерархиясы (АИ) – күрделі әлеуметтік-техникалық жүйелер үшін жұмыс ортасын немесе, көбінесе айтылатынындай, жұмыс доменін модельдеуге қолданылатын бес деңгейлі функционалдық жіктеу (Rasmussen, 1985). EID аясында АИ жүйелік интерфейсте қандай ақпарат көрсетілуі керек екенін және ақпараттың қалай ұйымдастырылуын анықтау үшін пайдаланылады. АИ «қалай» және «неге» қатынастарын қолдана отырып, жүйені әртүрлі абстракция деңгейлерінде сипаттайды. Модель деңгейлерімен төмен қарай жылжу жүйедегі белгілі бір элементтердің қалай іске асырылатынын түсіндіреді, ал жоғары қарай жылжу олардың неге бар екенін ашады. Модельдің ең жоғары деңгейіндегі элементтер жүйенің мақсаттары мен міндеттерін анықтайды. Модельдің ең төменгі деңгейіндегі элементтер жүйенің физикалық құрамдастарын (яғни, жабдықтарды) көрсетеді және сипаттайды. «Қалай» және «неге» қатынастары АИ-да мақсат-құрал байланыстары ретінде бейнеленеді. АИ әдетте Жұмыс Доменін Талдау деп аталатын жүйелі тәсілді қолдана отырып жасалады (Vicente, 1999a). Жұмыс Доменін Талдау бірнеше АИ модельдерін беруі мүмкін; әрқайсысы жүйені физикалық егжей-тегжейлі әртүрлі деңгейде қарастырады, бұл Бүтін-Бөлік Иерархиясы деп аталатын тағы бір модельді пайдаланады (Burns & Hajdukiewicz, 2004). АИ-дың әрбір деңгейі жұмыс доменінің толық, бірақ ерекше сипаттамасы болып табылады.

Функционалдық мақсат

Функционалдық мақсат (ФМ) деңгейі жүйенің мақсаттары мен міндеттерін анықтайды. Әдетте, AH бірнеше жүйелік мақсатты қамтиды, олар бір-бірімен қақтығысуы немесе толықтыруы мүмкін (Burns & Hajdukiewicz, 2004). Мақсаттар арасындағы байланыстар жүйенің жұмыс саласындағы ықтимал шарттар мен шектеулерді көрсетеді. Мысалы, тоңазытқыштың мақсаты азық-түлікті белгілі бір температурада сақтау және осы орайда электр энергиясын минималды деңгейде қолдану болуы мүмкін.

Абстрактілдік функция

Абстрактілдік функция (АФ) деңгейі жүйенің мақсаттарын анықтайтын негізгі заңдар мен қағидаларды сипаттайды. Бұл физикалық жүйедегі эмпирикалық заңдар, әлеуметтік жүйедегі сот заңдары, тіпті коммерциялық жүйедегі экономикалық принциптер болуы мүмкін. Жалпы, заңдар мен қағидалар сақталуы тиіс немесе жүйе арқылы ағып өтетін заттарға, мысалы, массаға (Burns & Hajdukiewicz, 2004) назар аударады. Тоңазытқыштың (жылу сорғысы ретінде) жұмысы термодинамиканың екінші заңымен басқарылады.

Жалпыланған функция

Жалпыланған функция (GF) деңгейі абстрактілі функциялардың қалай іске асырылатынын, яғни АФ деңгейіндегі заңдар мен принциптердегі процестерді түсіндіреді. ГФ деңгейіндегі элементтер арасында себеп-салдарлық байланыс бар. Тоңазытқыштағы тоңазыту циклы төмен температуралы аймақтан (көзі) жоғары температуралы аймаққа (ағызылу орны) жылуды тасымалдауды қамтиды.

Физикалық қызмет

Физикалық функция (PFn) деңгейі GF деңгейінде анықталған процестермен байланысты физикалық компоненттерді немесе жабдықтарды ашады. Компоненттердің, мысалы, максималды сыйымдылығы сияқты мүмкіндіктері мен шектеулері де әдетте AH-да (Burns & Hajdukiewicz, 2004) жазылады. Мысалы, тоңазытқыш жылу алмастыру құбырларынан және салқындатқышқа белгілі бір максималды қысым түсіре алатын газ компрессорынан құралуы мүмкін.

Физикалық түрі

Физикалық форма (PFo) деңгейі PFn деңгейінде көрсетілген компоненттердің күйін, орналасқан жерін және физикалық сыртқы түрін сипаттайды. Мысалы, тоңазытқышта жылу алмастыру түтікшелері мен газ компрессоры белгілі бір ретпен орналасқан, бұл компоненттердің орналасуын көрсетеді. Физикалық ерекшеліктерге түс, өлшемдер және пішін жатады.

Себептік абстракция иерархиясы

Бұрын сипатталған иерархия – функционалдық Абстракциялық Иерархия бейнелеуі. Функционалдық Абстракциялық Иерархия иерархияның “мақсат-құрал” немесе “қалай/неліктен” байланыстарына баса назар аударады. Бұл байланыстар тікелей және Абстракциялық Иерархияның бес деңгейі бойынша көрсетілген. Жүйелер күрделене түскен сайын, олардың ағын құрылымын қадағалап, жүйенің қалай жұмыс істейтінін түсінуіміз қажет. Осы кезде себептік Абстракциялық Иерархия қажет болады. Ағын үлгілері күрделене түсіп, жүйелік диаграммадан ағынды тікелей алу қиынға соға бастағандықтан, функционалдық модельдерге себептік модельдерді қосамыз. Себептік модельдер ағын құрылымын егжей-тегжейлі түсінуге және Абстракциялық Иерархияның белгілі бір деңгейіндегі күрделі ағын үлгілерін түсінуге көмектеседі. Себептік Абстракциялық Иерархия бейнелеуі функционалдық Абстракциялық Иерархия бейнелеуімен бірдей құрылымға ие, бірақ себептік байланыстармен толықтырылады. Себептік байланыстар “деңгей ішіндегі” байланыстар деп те аталады. Бұл байланыстар әр деңгейде процестер мен ағындардың қалай байланысқандығын көрсетеді. Екі бейнелеу де тығыз байланысты, бірақ көбінесе жеке әзірленеді, себебі бұл жүйе шектеулерінің көп бөлігін қамтитын нақты модельге әкеледі. Өте күрделі ағынды жүйелерде себептік модельдер ағынды жеңілдету немесе абстракциялау үшін қолданылуы мүмкін. Мұндай жағдайда, ең алдымен негізгі шикізат және өнім желілерін, содан кейін басқару желілерін, төтенше жағдайлардағы жабдықтау желілерін немесе шұғыл ауыстыру желілерін анықтау оңайырақ болуы мүмкін (Burns & Hajdukiewicz, 2004). Себептік байланыстар материалдардың, процестердің, массаның немесе энергияның ағынын көрсететін Жалпыланған Функция және Абстрактілік Функция деңгейлерінде ең пайдалы.

Біліктілік, ереже, білім (БББ) жүйесі

Біліктілік, ереже, білім (SRK) шеңбері немесе SRK таксономиясы оператор ақпаратты өңдеуде кездесетін мінез-құлықтың немесе психологиялық процестердің үш түрін анықтайды (Vicente, 1999a). SRK шеңбері Расмуссен (1983) тарапынан жүйеге қатысты ақпараттық талаптарды және адам танымдық қабілеттерін үйлестіруге көмектесу үшін әзірленген. EID саласында SRK шеңбері ақпаратты адамның қабылдау және психомоторлық дағдыларын ескере отырып, қалай көрсету керектігін анықтау үшін қолданылады (Vicente, 1999b). Белгілі бір тапсырмаларды орындауда дағдыға және ережеге негізделген мінез-құлықты қолдай отырып, күтілмеген жағдайларды басқару үшін маңызды болатын білімге негізделген мінез-құлыққа көбірек танымдық ресурстар жұмсалуы мүмкін. Аталған үш санат ақпаратты – мысалы, адам-машина интерфейсінен – алу және түсінудің қандай жолдармен жүзеге асатынын сипаттайды.

Біліктілікке негізделген деңгей

Біліктілікке негізделген мінез-құлық – ниет қалыптасқаннан кейін әрекетті орындау немесе іске асыру үшін өте аз немесе ешқандай саналы бақылауды қажет етпейтін мінез-құлық түрі; сондай-ақ сенсомоторлық мінез-құлық деп те аталады. Орындалуы тегіс, автоматтандырылған және көптеген біліктілікке негізделген басқару түрлерінде жоғары интеграцияланған мінез-құлық үлгілерінен тұрады (Rasmussen, 1990). Мысалы, велосипед тебу – біліктілікке негізделген мінез-құлық болып саналады, онда дағды меңгерілгеннен кейін басқару үшін өте аз назар қажет. Бұл автоматтылық операторларға когнитивтік ресурстарды босатуға мүмкіндік береді, оларды кейіннен проблемаларды шешу сияқты жоғары когнитивтік функцияларға жұмсауға болады (Wickens & Hollands, 2000). Біліктілікке негізделген мінез-құлықтағы қателер – реттелі қателер.

Ережеге негізделген деңгей

Ережеге негізделген мінез-құлық – таныс жұмыс жағдайында әрекет ету бағытын таңдау үшін ережелер мен процедураларды пайдаланумен сипатталады (Rasmussen, 1990). Ережелер оператордың тәжірибесі арқылы меңгерген нұсқаулары немесе басшылар мен бұрынғы операторлар берген нұсқаулар жиынтығы болуы мүмкін. Операторлар ережеге негізделген басқаруды жүзеге асыру үшін жүйенің негізгі принциптерін білуге міндетті емес. Мысалы, ауруханаларда өрт кезіндегі әрекеттерге қатысты толыққанды процедуралар бар. Сондықтан, өрт көрген кезде, өрттің қалай таралатыны туралы ешқандай білімі болмаса да, науқастардың қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін қажетті қадамдарды орындауға болады. Ережеге негізделген мінез-құлықтағы қателер жеткіліксіз техникалық білімге байланысты туындайды.

Білімге негізделген деңгей

Білімге негізделген мінез-құлық – бұл ойлаудың жоғары деңгейін көрсетеді (Wirstad, 1988). Осындай басқару түрі жаңа және күтпеген жағдайларда қолданылуға тиіс. Операторлар жүйенің қызмет ету принциптері мен заңдылықтарын білуі қажет. Операторлар жүйенің қазіргі талдауына сүйене отырып, нақты мақсаттарды анықтауы керек болғандықтан, когнитивтік жүктеме дағдыға немесе ережеге негізделген мінез-құлықты пайдаланған кездегіден әдетте артық болады.