St Petersburg, St. Petersburg, Russian Federation
Saint Petersburg, St. Petersburg, Russian Federation
St. Petersburg State Electrotechnical University "LETI" (Department of Software and Hardware for Hydroacoustic Information Systems, Associate Professor)
Saint Petersburg, St. Petersburg, Russian Federation
UDK 004.5 Человеко-машинное взаимодействие. Человеко-машинный интерфейс. Пользовательский интерфейс
The paper analyses the main problems of creating information systems containing elements of artificial intelligence. The work considers separately the problems of designing the user interface and blocks that ensure the operation of artificial intelligence elements. A methodological approach to designing systems with elements of artificial intelligence is proposed. The authors examine and analyze bottlenecks of the proposed approach. The paper formulates the proposals for ensuring effective ergonomic design of information systems for various purposes.
ergonomic design, elements of artificial intelligence
Введение
Совершенствование различных информационных систем (ИС) базируется на широком использовании современных достижений в области информационных интеллектуальных технологий (ИИТ) [1]. При этом процесс интеллектуализации затрагивает не только отдельные компоненты систем поддержки принятия решений (СППР) и систем информационной (интеллектуальной) поддержки (СИП), но и обеспечивает расширение возможностей представления информации с использованием систем виртуальной и дополненной реальности (ВР и ДР).
В настоящее время большинство населения РФ уже знакомо со словосочетанием искусственный интеллект (ИИ), а наиболее продвинутые в сфере информационных технологий знают и о виртуальной, и о дополнительной реальностях. В различных источниках постоянно дебатируются вопросы использования ИС с элементами ИИ в различных сферах деятельности от бытовой до общегосударственной (банки, медицина, почта и др.). На этом фоне совершенно незаметными остаются вопросы, связанные с необходимым обеспечением, в том числе и эргономическим, не только процесса создания подобных ИС, но и их дальнейшего эффективного использования. Сложившаяся ситуация, по своей эйфории, несколько напоминает ситуацию в программировании (автоматизации), которая имела место в 1970-1980 годах, когда казалось, что завтра все будут делать автоматы. Однако при реализации имеющихся идей и замыслов пришлось столкнуться с рядом трудностей, которых хотелось бы избежать при создании и эксплуатации ИС с элементами ИИ. При этом следует принимать во внимание тот факт, что, несмотря на постоянное возрастание степени автоматизации при решении различных задач за счет использования новейших информационных технологий, доля участия в них оператора и/или лица принимающего решение (ЛПР) практически не изменяется и составляет около 75% [2].
Место человека в Информационных Системах. Особенности.
Анализ процесса поддержки принятия решений, укрупненная схема реализации которого приведена на рис. 1, позволил выделить ряд проблем.
Рис. 1. Укрупненная схема реализации поддержки принятия решений в ИС.
Fig. 1. An enlarged scheme for the implementation of decision support in IP.
1. Пользовательский интерфейс (ПИ).
Взаимодействие оператора с ИС реализуется посредством ПИ (рис. 1, блок 2). При проектировании информационных моделей ПИ, особенно с включением элементов как виртуальной (ВР), так и дополненной реальности (ДР), следует учитывать тот факт, что будущие операторы (ЛПР) с детства взаимодействуют с различными реализациями современных информационных технологий (ИТ), (гаджеты и др.), что в значительной степени влияет на особенности их деятельности при работе с ИС. Несмотря на развитие ПИ на основе современных ИТ (включение элементов ВР и/или ДР), в настоящее время отсутствуют как научно обоснованные рекомендации по учету человеческого фактора при создании перспективных ПИ, так и нормативно-технические документы в той или иной степени формализующие требования к таким элементам ПИ. Это связано, прежде всего, с отсутствием глобальных исследований как в сфере изменения стилей деятельности подрастающего поколения и возрастанием скорости восприятия им аудио и видео информации (связано с повседневным использованием современных ИТ), так и в сфере формирования требований к информационным моделям, базирующимся на использовании технологий ВР и ДР. Одной из особенностей перспективного ПИ является реализации моделей ВР и ДР не на отдельном экране, а, например, непосредственно на лобовом стекле корабельной рубки [3].
Кроме того, при проектировании органов управления следует учитывать тот факт, что взаимодействие с гаджетами, особенно различными компьютерными играми, в значительной степени развивает возможности и способности молодежи в области работы с сенсорными экранами и реализации управления голосом.
Усложнение ПИ и наличие индивидуального стиля деятельности будущих операторов, приводит к предположению, что при создании ПИ, целесообразно обратить пристальное внимание на обеспечение функции адаптации к индивидуальным особенностям (предпочтениям) ЛПР, т.к. различные ЛПР могут использовать различные части исходной информации при решении одной и той же задачи, различные способы управления и сбора информации. Возможность индивидуальной подстройки ПИ делает систему более затратной. Можно предположить, что такая затратность будет компенсироваться эффективностью и комфортом ЛПР на этапе эксплуатации ИС, т.к. ЛПР будет функционировать в привычной и комфортной для него информационной среде.
Однако, это не всегда так. Простейшим примером может служить выбор оператором цветового кода при решении им задачи по обнаружению сигнала на фоне помехи в гидроакустическом комплексе. Проведенный эксперимент показал отсутствие эффективности подобного выбора. На рисунке 2 показан пример отображения сигнала при кодировании интенсивности сигнала различными цветовыми палитрами. Оператор для работы выбирал спокойную желто-зеленую палитру (рис.2, а), в данной конкретной ситуации более эффективной оказалась агрессивная спектральная палитра (рис.2, б). В другой ситуации эффективной может быть еще какая-нибудь палитра.
Рис.2 Пример использования различных цветовых палитр при отображении звукового поля (а - зелено-желтая палитра, б - спектральная палитра)
Fig.2 Example of using different color palettes when displaying the sound field (a - green-yellow palette, b - spectral palette)
Аналогичное несоответствие личного предпочтения и эффективности решения задачи может происходить при переносе привычного стиля работы с бытовым сенсорным гаджетом на профессиональную ИС. В профессиональной ИС увеличивается не только поле предоставления информации (размер экрана), но и размеры органов управления (сенсорный переключатель на телефоне и у профессиональной ИС различаются в несколько раз).
В связи с вышесказанным опираться на предпочтения операторов при проектировании и настройке ПИ следует с очень большой осторожностью и только после проведения дополнительного исследования.
Для создания высокоэффективных ПИ необходим учет антропометрических, физиологических, психофизиологических и психологических параметров ЛПР (оператора), которые необходимо формировать (обновлять) каждые 15-20 лет. К сожалению, используемые сегодня данные, в том числе приведенные в различной нормативно-технической документации, в значительной степени устарели (были сформированы от 15 до 50 лет тому назад) и уже давно не являются актуальными.
Часть этих проблем можно было бы решить, путем включения соответствующих разделов при формировании «Программы фундаментальных исследований РФ» с соответствующим обеспечением.
Исполнитель подобной программы остается под вопросом.
2. Несмотря на то, что ЛПР непосредственно взаимодействует с ИС посредством ПИ, основная часть работы по интеллектуальной поддержке деятельности ЛПР реализуется при тесном взаимодействии блока базы данных (рис.1, блок 3) и блока формирования решений и рекомендаций (рис.1, блок 4). До начала взаимодействия этих блоков, они должны быть сформированы.
Проблема создания блока 3 не возникает при создании ИС способных предоставить большую выборку данных (например, медицинские данные).
Однако, при работах по Государственному заказу, например, при создании новых типов кораблей, таких данных, кроме данных в области навигации и управления судовыми установками, может и не быть. Попытки разработчиков собрать данные для личного употребления обычно заканчиваются невозможностью их использования при проектировании новых ИС. Например, при эксплуатации гидроакустических комплексов (ГАК) программисты для проверки своих программ фиксируют данные результатов работы комплекса с описанием видов обработки входного сигнала, без учета легенды внешней обстановки, а разработчики комплекса – пишут легенды и фотографируют картинки на мониторе, без учета видов обработки сигнала. В новых перспективных комплексах при формировании баз данных для элементов ИИ (например, создании СППР) требуется и та, и другая информация, что возможно получить только при организации планомерной методологической проработки выполнения работ по организации сбора необходимой информации.
Создание блока по формированию рекомендаций для принятия решения оператором зависит от уровня автоматизации решения конкретной задачи и реализуется самостоятельно для каждой ИС. Именно этот блок связан с использованием ИИ. С точки зрения эргономики возникает проблема доверия ЛПР рекомендациям (решениям) генерируемым ИИ.
Уровень доверия к ИИ для оператора зависит от его профессионального опыта, уровня ответственности в его деятельности и уровня понимания процесса принятия решения ИИ. Проведенные эксперименты показали, что в случае предъявления оператору автоматического решения, он часто полагается на решение автомата, и только некоторые, наиболее подготовленные и мотивированные операторы пытаются самостоятельно решить задачи и сравнить свой результат с решением автомата.
Увеличение доли ИИ при проектировании ИС заставляет все больше внимания уделять методам цифровой обработки информации без учета особенностей физических процессов, моделируемых цифрой, не говоря уже об учете требований оператора – эксплуатанта.
Так в инструкции по эксплуатации оператора ГАК можно видеть следующие описания:
- Нажать левой клавишей мыши на раздел «DirectivityPatterns».
- Нажать левой клавишей мыши на рубрику «AntennaCoordinateCalculation».
- Вызвать программный модуль «SphereAntenna» из соответствующей рубрики.
- В «Браузере библиотек» редактора «OMEdit» есть список разделов библиотеки.
Используя смысловой анализ понять, что значит «Directivity Patterns» специалисту, не являющемуся программистом конкретной системы – невозможно, а на требование эргономиста отобразить команду на русском языке программист отвечает, что используемая программа не поддерживает кириллицу, и он ничего сделать не может.
Очевидно увеличение тезаурусного разброса у различных специалистов, проектирующих одну систему, при использовании элементов ИИ такой разброс возрастает многократно.
Для преодоления представленных разногласий целесообразно при проектировании интеллектуальной поддержки ЛПР разработать методологический подход проектирования ИС, один из вариантов которого представлен на рис. 3.
Рис.3. Укрупненная блок-схема основных этапов формирования требований к реализации интеллектуальной поддержки принятия решения ЛПР (оператором).
Fig.3. An enlarged block diagram of the main stages of the formation of requirements for the implementation of intellectual decision support by the LPR (operator).
На рис.4 представлены основные участники процесса создания ИС. Возможные неточности и недостатки в реализации, приведенной на рис. 3 методологии, совершенные как участниками процесса (рис.4), так и привлекаемыми организациями, могут явиться причинами будущих ошибок и различных затруднений в деятельности ЛПР (операторов).
Последствиями таких неточностей могут явиться ошибки ЛПР, приводящие к:
– авариям и катастрофам;
– срыву (затруднению) выполнение поставленных задач (промахи, нарушение сроков выполнения задач, срывы пусков и др.)
Часть ошибок ЛПР может быть компенсирована за счет мобилизации его внутренних ресурсов, что приводит к раннему профессиональному выгоранию, желанию изменить деятельность, к появлению различных заболеваний, инвалидности и др.
Рис. 4. Основные участники процесса создания ИС с элементами ИИ
Fig. 4. The main participants in the process of creating an IP with AI elements
Остается открытым вопрос: «Кто (из триады, приведенной на рис. 4) будет отвечать за формирование и, возможно, формализацию набора правил описания профессиональной деятельности оператора (ЛПР) при решении различных задач?» Ведь эта информация жизненно необходима разработчикам элементов ИИ.
У Генерального заказчика работы и так хватает, кроме того, подразделения, отвечающие за эргономику (не обитаемость) обычно недостаточно укомплектованы. Аналогичная картина наблюдается и в головной организации. Таким образом, по-видимому, эту «почетную» обязанность постараются возложить на организацию-соисполнителя (при разработке соответствующих ЧТЗ), у которого зачастую число специалистов по эргономике не сильно отличается от нуля.
Кроме того, следует заметить, что недостаточная укомплектованность вышеуказанной триады специалистами в области эргономики, а также слабая (формальная) осведомленность специалистов по приемке результатов работ в области эргономики, на сегодняшний день представляет массу трудностей при решении текущих задач.
Таким образом, эргономистам организаций-соисполнителей придется, в тесном контакте как с разработчиками элементов ИИ, так и с имеющимися и предполагаемыми операторами (ЛПР), заниматься решением вопросов описания деятельности пользователей ИС, что вообще говоря, относится к когнитивным наукам.
Откуда же взять эргономистов, способных решать описанные задачи?
Второй вопрос, остающийся без ответа.
Одним из способов смягчения проблем внедрения ИИ могла бы стать эргономическая экспертиза. При реализации использования элементов ИИ при создании перспективных ИС необходимо, в соответствии с нормативными документами, реализовать комплекс мероприятий по эргономическому обеспечению изделия, включающем эргономическую экспертизу на различных этапах проектирования изделия. Однако, ввиду новизны используемых информационных технологий и элементов ИИ, конкретные нормативные требования к их реализации в настоящее время отсутствуют. В этом случае к эргономической экспертизе необходимо будет привлекать высококвалифицированных экспертов, ориентирующихся на свое понимание целесообразности использования тех или иных информационных технологий и элементов ИИ, для обеспечения высокоэффективной и комфортной деятельности ЛПР в разрабатываемой ИС.
Третий вопрос, остающийся без ответа.
Где найти высококвалифицированных экспертов в достаточном количестве?
Возможные способы решения поставленных вопросов.
- Приложить координированные усилия для корректировки системы эргономических стандартов, с обязательным учетом изменяющихся информационных технологий и психофизиологическими особенностями будущих ЛПР.
- Обратить внимание на необходимость проведения исследований изменения индивидуальных стилей деятельности, обусловленных непрерывным изменением информационных технологий, используемых населением, в особенности молодежью.
- Организовать работы по детальной проработке всех этапов методологии создания ИС с элементами ИИ с регламентированным распределением основных работ (предпроектных и проектных) между заинтересованными организациями.
- Ввиду отсутствия в настоящий момент актуальной необходимой информации, характеризующей деятельность оператора, целесообразно вернуться к практике опережающего создания версий соответствующих тренажеров и их параллельным использованием как действующими, так и будущими операторами (ЛПР). На основании использования результатов анализа замечаний и ошибок, выявленных в результате такой предварительной апробации предлагаемых технических и программно-информационных решений, могут быть в значительной степени улучшены характеристики создаваемых ИС.
- Включить эргономические вопросы в «Программу фундаментальных исследований РФ» с соответствующим обеспечением.
1. Shilov K.Yu. Prospects for the Development of Integrated Ship Systems of the Fourth Generation. Morskoy Vestnik. 2018;2(66):81-84.
2. Nefedovich A.V. Practical Ergonomics for the Creation of Navy Ships. Saint Petersburg: N.G. Kuznetsov Naval Academy; 2019. 175 p.
3. Kondratyev A.I., Popov A.N., Subanov E.E., et al. Intellectualization of User Interface of e-Navigation Concept in Head-Up Format. Operation of Maritime Transport. 2019;2(91):50-59. DOIhttps://doi.org/10.34046/aumsuomt91/10.
4. Paderno P.I., Sopina O.P. Ergonomic Provision of Improvement of Ship Information and Control Systems. Control and Information Processing Systems. 2022;2(57):70-76.
5. Burkov E.A., Volosyuk A.A., Guseinov V.D., et al. Ergonomic Design of New Information Systems. Biotechnosfera. 2015;1(37):3-9.
6. Nazarenko N.A., Paderno P.I., Sopina O.P. Features of Ergonomic Support of Complex Specialized Systems. Institute of Psychology of the Russian Academy of Sciences. Organizational Psychology and Labour Psychology. 2019;4(1):87-110.
7. Nazarenko N.A., Paderno P.I. Ergonomic Examination of User Interfaces in Developed Information Systems. Ergodesign. 2018;2(02):14-20. DOIhttps://doi.org/10.30987/article_5bf98b62c47c84.95349720.
8. Stroeva E.A., Paderno P.I. Analysing Unification of Functions and Their Image in Popular Mobile Messengers. Ergodesign. 2022;3(17):177-188. DOIhttps://doi.org/10.30987/2658-4026-2022-3-177-188.
9. Hamburger P., Miskimens D., Truver S. It is not Just Hardware and Software, Anymore! Human Systems Integration in US Submarines. Naval Engineers Journal. 2011;123(4):41-50. DOIhttps://doi.org/10.1111/j.1559-3584.2009.00198.x.
