Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Аналогично, число точек измерения и управления в техническом процессе приблизительно пропорционально сложности системы. Сложность возрастает, если некоторые из параметров системы связаны, но не очевидной зависимостью, 1ве независимые переменные, например температуру и давление, легче наблюдать, если они изменяются одинаково, т. е. увеличиваются или уменыпаются одновременно, чем если они меняются непредсказуемым образом, как в случае, если Рост температуры иногда связан с увеличением давления, а иногда и с его понижением. для того чтобы оценить роль ЭВМ в управлении, технический процесс рассмат- Р нвается здесь как сложная система, а интерфейс системы управления как — инструмент, с помощью которого сложность можно регулировать.
При таком подходе нет необходимости явно ссылаться на мысленные модели процесса, существующие у операторов. Интерфейс пользователя в определенном смысле как раз и есть интерфейс между техническим процессом и мысленной моделью оператора. Проблема в том, что все операторы имеют различные мысленные модели, и где гарантии, что их всех можно удовлетворить? Преимущество подхода с позиций сложной системы атом, что оператор может изучить и использовать определенный интерфейс, при этом детали конкретной модели несущественны.
Важно только, что оператор может выполнить свою работу должным образом. Следуя этому подходу, проблема взаимодействия между человеком и ма|ниной рассматривается как проблема восприятия при функционировании неизвестной, часто весьма сложной, системы. Пользователь хочет решить задачу или достичь некоторой цели с помощью технического процесса, Он следует мысленной модели, котоРая более или менее отражает свойства реального технического процесса, и этого лостаточно для управления при соответствующих знаниях и опыте.
Конечно, пользователь в состоянии управлять техническим процессом только до тех пор, пока его сложность не превосходит способности восприятия. С"иженне уровня сложности Первейшей целью системы управления процессом является снижение уровня ело „ожности (сотр/еэзгу шйисгюп) технического процесса. Иными словами, процесс, "ви яиь1ын" через интерфейс автоматизированной системы управления, должен быть зр„ ше, чем процесс, наблюдаемым с помощью обычных измерительных средств. Ав- томат тнзация не должна добавлять каких-либо сложностей, а обслуживание соответ- ству~ щего оборудования — приводить к перегрузке способности операторов к вос- вРнят эаобо ятию Сложная система управления ухудшает управляемость процесса, и войте Рот Именно здесь кроются большие возможности применения вычислительНан техники в управлении.
анболее часто управляющие ЭВМ используются для простой замены контРольно о-нзмерительной аппаратуры по принципу "один латчик — одна наблюдаемая эеличн э,и ' нна". Главное преимушество при этом заключается в более удобной организаРабочего места и автоматической ре~истрации данных. При этом, по сравнению льзованием обычных контрольно-измерительных приборов, оператор теряет ' испо во непосредственного контак' а с оборудованием — на экране все приборы и меувств та . анна, мы имеют один размер. В Реа-ль"он ж~з~~ Разница между граммами н тоннами, Илов ..
эаттами и мегаваттами, миллнл"грани н литрами является очевидной, а в вирч эн |м 483 11 3. Человек в сложнон системе 482 Глава 11. Человеко-машинный интерфе- ейс туальной реальности компьютерного экрана разница часто сводится к изменен положения десятичной запятой. Первый шаг к уменьшению сложности заключается в анализе информации о „ цессе, которую должен получать и интерпретировать оператор. Количеств дагни и исполнительных механизмов для управления процессом нельзя выбрать пр „ вольно — оно зависит от природы процесса и целей управления (наблюдаемость „ управляемость процесса были рассмотрены в главе 3). Работа в режиме реальн,„ времени также не является абсолютным понятием, а имеет смысл только по отнош .
нию к эволюции во времени управляемого процесса. Рассмотрим химический реактор. Обычно процесс характеризуется несколькимн десятками переменных — температура, расход реагентов, концентрация и т. д. Если каждая из них выводится на панель управления, регистрируется вручную и является частью каких-либо вычислений, то на оператора ложится значительная нагрузка В чем оператор действительно заинтересован, т. е. его главная цель, насколько текущие значения соответствуют опорным. Сравнение текущих значений сотен контролируемых вели гин с опорными ЭВМ легко выполнит несколько раз в секунду.
Одной логической операции достаточно для общей индикации, работает ли реактор в целом правильно или нет. Оператор освобождается от ручной работы, н это же время он в состоянии проверить текущие данные, если это необходимо, с любой степенью подробности. В результате один оператор может одновременно управлять несколькими реакторами. Компьютер может также учитывать специальные режимы. Например, во время переходного процесса различия между текущими и опорными значениями переменных не должны расцениваться как нештатная ситуация. Аналогично, границы аварийных ситуаций могут рассматриваться не просто как фиксированные величины, но в контексте текущего процесса и его состояния. Автоматнзаппя таких задач способствуют уменьшению сложности.
Адекватность Второй важной характеристикой наряду с уровнем сложности интерфейса явля. ется его адекватность (сотр1ехуГу тасс1пнК). уже на аппаратном уровне интерфевс должен соответствовать количеству и точности передаваемых данных. Именно м нно коли чество и тип данных диктуют вид интерфейса, а не наоборот. Если процесс характеризуется всего лишь несколькими событиями на пр на п отяжении часа, а число входных и выходных переменных — мало, то для управлен пения апов не подойдет небольшое печатакпцее устройство или панель управления. Пр . .
П имененне для управления таким процессом не уменьшит сложности, скорее наобор о от, носколь ку к сложности самого процесса будет добавлена сложность системы у р п авлення Если технический процесс не порождает достаточного количества дан а анных, дисплев утомляет и вызывает скуку. Важным параметром при разработке интерфейса являются границы ответствен ности. Необходимо оценить, в какой мере оператор должен следовать предписаниям и в какой — принимать собственные решения, и где проходит граница между одним" ь компетент другим.
Интерфейс должен быть ориентирован на необходимую степень компетев ности пользователя (уровень правил илн уровень знаний) и на тип действий при вй полнении работы. Сложный интерфейс должен рассматриваться и с позиций не обхо. димости обучения. Только когда все звенья цепи "цель — инструмент — оператор соответствуют друг другу, результат достигается прн оптимальном вкладе и человека, и системы управления.
В заключение следует отметить, что сложность не есть вещь в себе, а существует только в контексте, включающем пользователей системы. Сложность и удобство являются противоречивыми требованиями, которые должны быть сопоставлены друг с другом. Трудности при более сложной организации экрана и аббревиатуре команд „ажно преодолеть, если есть возможность интенсивного обучения. Дополнительное Усложнение структуры экрана за счет большего объема выводимой информации или засчет более мощного (а значит, и изощренного) командного языка мохгет дать выигРьнп в скорости работы. В качестве примера можно привести операционную систему ПК)Х и текстовый редактор "ч1".
Оба эти продукта часто критикуются за то, что они "недружественны" по отношению к пользователю, однако, когда пользователи приобретают определенный уровень знаний и навыков, они отказываются переходить на другие программные продукты. 11.3.4. Интерфейс пользователя как средство работы со сложными системами Как показано в предыдущем разделе, не существует общего объективного и ко- личественного описания понятия "сложность". Сложность — это частично объек- тивное свойство системы и частично субъективный опыт пользователя.
Сниже- ния присущего системе уровня сложности можно добиться только в результате пеленаправленных интеллектуальных усилий. Это должны быть усилия и проек- гировщика установки, и оператора, и программиста. Проектировщик должен учесть свойства процесса и создать логичную и ясную систему. Оператор, столк- пувшись с определенным уровнем сложности, должен формировать собственные понятия и мысленные модели. Программист отвечает за разработку интерфейса пользователя. Общее количество и тнп информации, поступающей от процесса, нужно уменьшать до такой стспени, чтобы не превысить порог восприятия оператора.
Эта зада"з должна быть решена либо разработчиками собственно технического процесса, лабо разработчиками интерфейса пользователя. Если проектировщики и про- г а Раммисты не учитывают этого, то они перекладывают ответственность на операто- Уа Поз гому рекомендуется проводить структуризацию данных уже на стадии про- ектир Наиболее естественной структурой является иерархия.
В большинстве прнклад- пых з х задач можно определить иерархию так, что некоторые элементы объединены зст ч труктуры, описываемые общими параметрами, уровни иерархии более илн менее соот твстствуют классам решений, принимаемых при управлении процессом. Обычно все об, объекты, расположенные на одном уровне иерархии, характеризуются интенсивм взаимным обменом да ь1и; обмен данными между уровнями, как правило, Ме еньше и не является критичным по времени (раздел 9.8.2) . Например, в химическом производстве состояние реактора характеризуется де- сят ' ками отслеживаемых Р " '- ° н внимание сконцентрировано собственно ях параметров.
Гол па реакторе, тогда ипт Р " ' ' елнчины опорных и текущих значений е ес представляют в 1ем .1пературы,расходаы ,, концентрации н т. л. Ес ' слн тот же реактор рассматривается как зп, (мент пронзводствгн' зой пепи, то существ енны только входные и выходные пото- 11 4. ОбоРУдование длЯ интеРфейов пользователЯ 485 Глава 11. Человеко-машинный иыерфей 484 ки и индикацсля ш тата з ного или нештатного режима. Только когда система ложст снг нал о сбое, имеет смысл просмотреть более летальную информацию о резктлре, чт бы найти его причину. Иерархическая структура упрощает наблтодение за сложным процессоьс, лзскр, вает часть данных, Например, превышение взьгходного сигнала регуляторглзсравне.
нию с о ьшным ра оч б ь м рабочим значением может служить показателем неправильного по ведения какой-тю ча ой-тю части системы, но это ьхикак не отражается на обслей пзнелв состояния систем ы —. все лампочки горят зел сны м — ло тех пор, пока опорныс и теку щие значения параметров одинаковы. еская модель по необходимостьх является обобщенной, но она ойеспе ш.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
