4.4. Инженерно-психологическое проектирование и оценка устройств ввода информации в эвм

Проблема быстрого ввода данных в ЭВМ считается одной из наиболее сложных не только в производстве ЭВМ, но и с инженерно-психологической точки зрения. В связи с этим широкое внедрение ЭВМ необходимо связывать с инженерно-психологическими исследованиями по организации устройств ввода информации, особенно клавишных устройств.

Вопрос этот стоит чрезвычайно остро. Можно согласиться с американским исследователем Г. Сакманом в том, что при организации устройств ввода сталкиваешься с вакуумом в экспериментальной сфере. Здесь, как ни в какой другой области взаимодействия человека с ЭВМ, технические нововведения и непроверенные реализации “забивают” экспериментальную оценку во всех отношениях.

Несмотря на то, что число работ, посвященных устройствам ввода информации в ЭВМ, значимо возросло, большинство их носит слишком общий, а иногда и противоречивый характер. Рассмотрим некоторые из последних исследований клавиатурных вводов. Э. Клеммер сравнивал конструктивные решения клавиатур со звуковой и визуальной обратной связью. По его данным, нетренированные операторы работают в 3 раза медленнее и делают в 10 раз больше ошибок, чем тренированные. В короткие периоды опытные операторы могут достичь скорости порядка 5 ударов в секунду и более. (Здесь необходимо отметить, что, по более ранним данным, в тех случаях, когда оператор не слишком часто обращается к клавиатуре, скорость обычно составляет 1 - 1,5 уд./с). На основе анализа исследований по клавиатурам Д. Элден и Р. Даниелс установили основные переменные, которые влияют на действия оператора с клавиатурами: это характеристики оператора, выполняемые им задачи, конструктивные характеристики клавиатур и факторы окружающей среды. Важное значение имеет констатация того факта, что включение дополнительных переменных, таких как вид ввода (буквенный по сравнению с буквенно-цифровым или цифровым), измеряемые показатели эффективности деятельности (скорость или точность, скорость и точность), увеличивает число еще далеко не изученных вопросов.

Значительное число исследований касается влияния формы представления входного сигнала. Здесь можно выделить такие переменные, как число альтернативных входных сигналов, число сигналов одной модальности, число модальностей, вероятностная и временная структуры входного сигнала, используемая категория кода. Так, рассмотрение различных группировок цифр для ввода их с помощью клавиатур показало, что группирование не влияет на точность, но скорость при использовании групп из 3 или 4 цифр оказывается выше.

Интересны результаты исследований по изучению факторов кодирования текста. В одном из них изучалось влияние длины и типа слов (реальные слова, бессмысленные слова) на точность и вероятность опознания ошибок тренированными и начинающими операторами. Как и ожидалось, обучающиеся операторы сделали значительно больше ошибок при вводе всех типов слов любой длины. Более того, при всех условиях квалифицированные операторы опознали большее число ошибок. В обеих группах число ошибок увеличивалось и вероятность опознания ошибки уменьшалась с увеличением длины слова. Бессмысленная (для оператора) информация на входе увеличивает время ответа.

В другом исследовании рассматривались вопросы группировки сигналов и ответов квалифицированными операторами. Было показано, что скорость ввода снижается, если следующее сообщение не отображено полностью на индикаторе. Напротив, скорость повышается, если сообщение отображается полностью до момента его входа. Были также получены данные о влиянии на результат деятельности (то, что получает человек в итоге деятельности) оператора наряду с другими факторами и совместимости ответных комбинаций между собой.

В третьем исследовании изучался вопрос о влиянии временного группирования произносимых цифр на ввод информации посредством клавиатуры. Каждый испытуемый должен был набрать последовательность из 12 цифровых сообщений. Набор начинался одновременно с началом произношения последовательности. Цифры в соотношении либо проговаривались по отдельности, либо составлялись в три группы по 4 цифры в каждой, с паузами для обоих случаев. Эффективность деятельности оказывалась выше для случая группировки цифр. Это можно объяснить тем, что емкость памяти в таком случае значительнее.

Проблема выбора критерия (показателя) оценки различных клавишных устройств стоит не менее остро, чем проблема выбора критериев оценки средств отображения. В публикациях приводятся данные о том, что в одних случаях наиболее представительной оценкой является скорость, в других – точность. Следует отметить, что испытуемые с низкой скоростью имеют тенденцию делать большее число ошибок. Есть основания полагать, что при отсутствии непосредственной установки на скорость или точность операторы устанавливают более высокие требования к точности, а не к скорости. Эти результаты особенно важны для выбора критериев сложности решения оперативных задач с опорой на разные варианты СОИ.

Многие исследователи значительное внимание уделяют вопросу о влиянии обратной связи на процесс работы с клавиатурами ввода информации в ЭВМ. Можно считать установленным, что зрительная и кинестетическая обратные связи играют значительную роль в процессе обучения, а слуховая обратная связь мало сказывается на скорости и точности работы. Самостоятельное выявление человеком своих ошибок преимущественно основывается на кинестезии, причем имеются данные, что обычно 70% ошибок человек выявляет сам.

Обобщение ряда литературных данных позволяет сделать заключение о незначительном влиянии всех видов обратной связи (обратная связь – воздействие результатов функционирования какой-либо системы на характер этого функционирования), кроме кинестетической, в процессе профессиональной деятельности. Эти результаты ставят под сомнение довольно распространенное утверждение о том, что надежность ввода информации может быть увеличена введением дополнительного контроля вводимой информации по зрительному или слуховому каналу.

Заметное влияние на характеристики деятельности оказывает расположение клавиш в клавиатурах. В исследовании, проведенном Федеральным авиационным агентством США, сравнивались две экспериментальные 16-клавишные клавиатуры, предназначенные для ввода одной рукой. Одна из клавиатур имела расположение цифровых клавиш 3х3+1 с цифровым рядом, начинающимся снизу, а другая с цифровым рядом, начинающимся сверху. Испытуемыми были диспетчеры УВД. Стимульный материал представлял формуляр, составленный из случайных цифр, букв, символических и условных идентификаторов самолета (две случайные буквы и три случайных числа). Деятельность на клавиатурах с началом цифровых и буквенных рядов сверху оказалась эффективнее как при буквенно-цифровых, так и при чисто буквенных вводах. Однако не было установлено статистически значимых различий при вводе только цифровой информации. Устройства ввода (клавиатуры) в настоящее время остаются одним из самых консервативных модулей ЭВМ, если оценивать их в параметрах скорости, цены и размера. В то время как для других модулей резко возрастает скорость наряду с не менее резким уменьшением в цене и размере, для клавиатур эти параметры остались почти неизменными с 1955 г.

Основную часть стоимости систем обработки данных составляет стоимость труда по вводу данных. Надо сказать, что этот факт не остался без внимания исследователей. Был предложен ряд технических усовершенствований, в частности, использовалась автоматизация отдельных операций ввода, благодаря которой при воздействии на одну клавишу автоматически вводятся определенные форманты. Несколько исследований в этом плане было проведено и инженерными психологами. В частности, было предложено использовать в качестве устройств ввода буквенно-цифровой информации известные клавишные устройства, внося определенные конструктивные изменения. В ряде работ рассматривается возможность использования для такого рода устройств клавиатуры телефонного типа (3х3+1 - с цифровым рядом сверху). Например, Л. С. Крамер в лабораторном и полевом экспериментах проверял возможность использования телефонных клавиатур как устройств ввода в ЭВМ при двух расположениях клавиш. В одном варианте вводились две дополнительные клавиши, играющие роль регистров, посредством которых осуществлялся выбор соответствующей буквы. Например, воздействие на правую клавишу соответствовало выбору правой буквы на клавише ввода. В другом варианте число нажимов на клавишу соответствовало выбираемой букве. Первое расположение оказалось эффективнее.

В качестве устройства ввода информации в ЭВМ часто используют клавиатуру пишущих машинок. В настоящее время в США рекомендована к применению стандартная клавиатура пишущих машинок – так называемая клавиатура QWERTY. Кроме того, было разработано несколько альтернативных конструкций. Еще в 1936 г. Дверок предложил так называемую упрощенную клавиатуру (УК). Клавиши на этой клавиатуре размещаются в соответствии с частотой появления букв в английском языке. Сравнительные исследования QWERTY и УК показали определенные преимущества клавиатуры QWERTY, в связи с чем УК не получили широкого распространения. Однако в последнее время вновь возник интерес к УК. Предполагалось, что эта клавиатура имеет преимущества в легкости обучения, точности, большей скорости ввода. Поэтому в последнее время начаты серьезные исследования упрощенных клавиатур. Получены положительные результаты при использовании УК в нескольких типовых программах обучения подростков и программистов ЭВМ.

Известен и другой подход к организации клавиатур, при котором за основу берутся биомеханические аспекты. Экспериментальные результаты позволили западногерманскому ученому К. Кромеру вывести следующие конструктивные принципы: 1) клавиши следует располагать по форме расположения пальцев на руке, чтобы упростить движение пальцев; 2) секции клавиатуры, предназначенные для каждой руки, необходимо пространственно разнести, что будет способствовать привязке пальцев к определенной позиции; 3) клавиатурные секции для каждой руки должны быть расположены со значительным боковым наклоном, что уменьшит мышечное напряжение. На основе этих принципов разработана так называемая К-клавиатура, эффективность которой, по данным автора, выше, чем у общепринятых клавиатур.

Другой возможной альтернативой может явиться организация клавиатур, в которой клавиши размещаются в алфавитной последовательности. По аналогии с QWERTY обозначим эту клавиатуру ABCDE. Э. Клеммер в своем обзоре отметил, что этот тип клавиатур хуже обычных QWERTY. Однако другие исследователи пришли к иному выводу. Так, Р. Хирш сравнивал характеристики деятельности операторов (непрофессиональных машинисток) при работе на QWERTY и на ABCDE. Испытуемые печатали знакомый материал (свои имена, адреса и т. д.) при акценте в инструкциях на точность. Результаты свидетельствовали об определенном преимуществе клавиатуры ABCDE. К сходным выводам пришел и С.Е. Майке. Он проанализировал работу 30 испытуемых разной квалификации. Половина группы работала на одном из типов клавиатуры, затем переходила на другой тип. Безотносительно к начальному уровню обученности испытуемые показали более высокую скорость при использовании ABCDE-клавиатуры.

В рассмотренных исследованиях технические усовершенствования касались в основном принципов расположения клавиш и не затрагивали собственно структуру клавиатур. Однако, по словам П. Холдена, как раз структура клавиатуры может оказать наибольшее влияние на работу АСУ.

Основываясь на ряде экспериментальных исследований, в которых были выявлены конкретные причины инженерно-психологического несоответствия устройств ввода информации требованиям пользователя, П. Холден предлагает следующие принципы их конструирования: минимум новых навыков; небольшой размер и эргономическая приемлемость; отсутствие сложных входных последовательностей; автоматизация навыка и максимальная концентрация внимания на средствах отображения данных; минимальное число операций (операция – законченное действие или ряд связанных между собой действий, направленных на решение определенной задачи) и естественность их выполнения. Большинству этих требований удовлетворяют так называемые полуфункциональные, или аккордные, клавиатуры. Не случайно, по-видимому, большинство исследователей проблемы ввода информации в ЭВМ (Т. Элден, Р. Даниэлс, А. Чапанис, К. Грине и др.) обращают внимание на необходимость самого широкого использования полуфункциональных клавиатур. Это заключение вытекает из анализа многочисленных теоретических и экспериментальных данных, подтверждающих гипотезу о том, что клавиатуры, в которых минимизирована амплитуда достигающих движений, позволяют осуществлять самый быстрый ввод информации.

В настоящее время одним из основных принципов организации клавишных панелей является так называемый раздельный принцип, когда каждый символ возможного сообщения (реже два или три символа) вводится посредством специально предусмотренной клавиши. Типичными представителями такого рода организации панелей являются клавиатуры пишущих машинок, некоторые вводные устройства в электронных вычислительных машинах и т. д. Клавиатуры с подобной организацией определим как монофункциональные. Ясно, что возникает вопрос о габаритах панелей для монофункциональных клавиатур сложных эргатических систем, алфавит которых содержит десятки и сотни символов. При этом проблема отнюдь не исчерпывается трудностями размещения многоклавишных панелей и получением приемлемых весовых характеристик пультов, хотя и эти соображения могут оказаться решающими, например, для летательных аппаратов, подводных лодок и подобных объектов.