В статье рассмотрены вопросы построения системы отображения информации и доведения актуальной информации до оператора на примере СОИ РЛС для принятия решения в условиях современной информатизации и увеличения объёма отображаемой информации. Определяются основные задачи СОИ. Предлагается вариант классификации информации, её приоритезация и структура её отображения на основе методов системного инжиниринга (V-диаграмма, причинно-следственная диаграмма (Исикавы), метод противоречий, матрица N2, ТРМ анализ, метод FMEA).
Ключевые слова: система отображения информации, СОИ, РЛС, системный инжиниринг, методы проектирования .
Система отображения информации (СОИ) — это совокупность технических и программных средств, обеспечивающих представление необходимых данных человеку-оператору. СОИ является материальной основой для формирования информационной модели и состоит из отдельных, зачастую взаимосвязанных между собой элементов зрительной и акустической индикации. [6] Задачей СОИ является, предоставление оператору необходимой для оперативного принятия решений информации о состоянии объекта наблюдения.
СОИ для решения задачи предназначения должна удовлетворять следующим инженерно-психологическим требованиям:
- Обеспечивать оператора необходимой и достаточной информацией для оценки ситуации и возможности принятия правильного решения, а также контроля за его исполнением.
- Информация должна быть подана в тот момент, когда в ней возникает необходимость (принцип системного инжиниринга «in time»).
- Форма представления информации должна соответствовать психофизиологическим возможностям человека по восприятию, специфике его деятельности и условиям работы.
- Получаемая информация должна правильно отражать положение и состояние управляемого объекта, предоставляться с запасом времени, достаточным для ее обработки.
- Давать оператору дополнительную информацию по запросу, а также обеспечивать надежное восприятие аварийных сигналов.
- Поток информации должен быть меньше пропускной способности оператора.
В современных технических системах повсеместно применяются СОИ, причём объём информации, который может быть отображён значительно больше психофизиологических возможностей человека. Данный факт обусловлен развитием цифровой техники, микроэлектроники и цифровизации современных технических систем. В современных РЛС широко применяются СОИ для решения задач контроля состояния аппаратно-программных комплексов и РЛС в целом, результатов обработки радиолокационной информации и её анализа. РЛС являются сложной технической системой с множеством встроенных датчиков, информация от которых необходима оператору для принятия решения. [4,5] Объём формируемой и регистрируемой информации в современных РЛС в сотни раз больше, чем в РЛС создаваемых в ХХ веке. СОИ современных РЛС по сравнению со своими предшественниками имеют более высокие возможности по передаче и отображению объема разноплановой информации операторам.
СОИ РЛС строятся на современных вычислительных комплексах с использованием баз данных и высокоскоростных каналов связи. Вывод информации на рабочих местах оператора (РМО) отображается на дисплеях, индикаторах, мониторах и экранах, а также сопровождается звуковыми сигналами при необходимости. Структурная схема СОИ приведена ниже на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема СОИ
Следствием указанных выше факторов стало то, что в современных СОИ объём отображаемой информации превосходит возможности по её анализу и восприятию оператором, что в свою очередь приводит к необходимости классификации и приоритезации информации и построения многоуровневой иерархической системы отображения.
Для приоритезации информации существуют следующие критерии классификации:
– По важности:
- Очень важная,
- Важная,
- Первостепенная,
- Второстепенная (вспомогательная),
- Не важная ()
– По решаемым задачам оператором (-ами):
- Технический и функциональный контроль,
- Основная задача назначения РЛС,
- Анализ зарегистрированной информации,
- Управление РЛС,
- Анализ взаимодействия с КП(ЗКП).
– По типу обработки информации:
- Текущая (RealTime),
- Зарегистрированная информация.
– По типу самой информации:
- Общая,
- Частная,
- Обобщённая,
- Дополнительная,
- Справочная.
– По способу ее отображения:
- Индикатор,
- Таблица,
- График,
- Гистограмма,
- Мнемосхема,
- Звуковой сигнал,
- Меню,
- Всплывающая подсказка.
– По уровню ее отображения:
- 0-ой уровень (всегда присутствует в области отображения на верхнем уровне),
- 1-ый уровень,
- 2-ой уровень,
- 3-ий уровень.
Подавляющий объем информации СОИ передаёт операторам в визуальном виде для восприятия органами зрения. Основной проблемой подобных систем является перегрузка оператора объемом получаемых разноплановых данных. Причина этого в ограничениях физиологических возможностей человека по восприятию, анализу и обработке входящей информации. Что в свою очередь требует логического структурирования и определения перечня минимальной необходимой информации для принятия решения в зависимости от выполняемой задачи. Программа отображения и управления РЛС должна соответствовать определенной в ходе анализа логической структуре.
Системный подход при разработке систем отображения информации РЛС
В процессе создания новых РЛС функциональность всего изделия в целом и программного обеспечения рассматривается разработчиками отдельно от пользовательского интерфейса, реализуемого СОИ посредством программы отображения. В следствии чего рассмотрение элементов взаимодействия пользователя и изделия поверхностно, т. к. для разработчиков РЛС пользовательский интерфейс (программа отображения) является дополнением к функциональности изделия в целом. Для Заказчика и Пользователя взаимодействие с пользовательским интерфейсом (программой отображения) формирует впечатление от работы с изделием и является программным обеспечением.
Поэтапная разработка программы отображения позволяет повысить эффективность всего программного продукта в целом, уменьшить время обучения пользователей, снизить стоимость доработки после внедрения, а также полностью использовать заложенную в ПО функциональность.
Важной задачей в процессе реализации и разработки систем отображения информации для однородных объектов, которые будет эксплуатировать одна группа пользователей, это создание логического единообразия построения систем отображения вне зависимости от объекта, при которой частные характерные черты не будут влиять на общую структуру единую для всех.
Отображение информации должно быть многослойным для реализации возможности вывода тех данных которые необходимы конкретному оператору для конкретной задачи, при этом все дополнительные виды данных, выведенные не в основном слое, должны оперативно сбрасываться по требованию оператора или системы во время важного (тревожного) события для концентрации внимания на происходящем.Так же следует использовать единую систему кодирования информации и общий перечень сокращений, в разных однотипных устройствах, т. е. сокращения или коды не должны иметь разных значений.
Для создания оптимального соотношения минимальной достаточной для принятия решений информации необходимо определить ее критерии. Выполнить эту задачу поможет междисциплинарный подход системной инженерии, охватывающий все технические усилия по развитию и верификации интегрированного в жизненном цикле множества решений, которые удовлетворяют требованиям Заказчика. [1,2] Рассмотрим их далее.
Одним из основных инструментов данного подхода, облегчающем выделение и обозначающим взаимосвязь процессов проектирования и верификации с фазами жизненного цикла проекта является V-диаграмма, приведенная на рисунке 2 ниже. Данный инструмент можно масштабировать от рассмотрения всего изделия на всех этапах до рассмотрения конкретных компонентов и частей, обеспечивающих выполнение поставленных задач и требований в рамках конкретного этапа. V модель помогает определить требования перед началом процесса разработки, сформулировать логическую архитектуру и тем самым выявить критерии тестирования и верификации испытаний готового продукта. [3]
Рис. 2. Взаимосвязь процессов проектирования и верификации V-диаграмма
Инструментом позволяющим визуализировать и облегчить восприятие проблематики, сформировать решение которой необходимо, является причинно-следственная диаграмма (Исикавы, «Фишбоун»), приведенная ниже на рисунке 3. В этом примере рассмотрена проблема не оперативной и не точной оценки параметров состояния системы, определены причины этого и отсортированы по факторам влияния на рассматриваемую проблему.
Рис. 3. Диаграмма Исикавы
Важным инструментом для выделения проблем является метод противоречий. Он включает в себя этап определения основных параметров и формулирования проблемы. Пример приведен на рисунке 4. Рассмотрена проблема превышения психофизиологических возможностей оператора по восприятию объема информации. Сформулировано противоречие между полнотой предоставляемой информации для принятия решений и возможностью по его восприятию.
Рис. 4. Метод противоречий при формулировании проблемы
Другим удобным и простым для использования в работе методом является матрица N2. Этот способ облегчает проведение оценки значимости функций наиболее приоритетных для выполнения требований и решения проблем при создании системы, приведен на рисунке 5 ниже. Сначала определяется приоритетность между всеми параметрами (функциями), принятыми к анализу. Вычисляется абсолютный и относительный вклад каждого из них для определенной совокупности функций.
Рис. 5. Оценка значимости функций с помощью матрицы N2
Наименее приоритетными из представленных к рассмотрению в данном примере функций являются F2 (габаритные размеры) и F3 (энергоэффективность), а наиболее важной F6 (надежность).
Оценка значений функциональных параметров, заданных требованиями, которые обеспечиваются различными альтернативами производится методом ТРМ. Каждому из параметров при различных вариантах реализации дается экспертная оценка. Вариант, набравший максимальный балл при суммировании вклада, полученного от каждой функции произведением ее веса на экспертную оценку, является лучшим. Пример приведен на рисунке 6 ниже. В данном примере мы рассматриваем 3 варианта реализации системы: выбор аналога, разработка новой и реализация с кооперацией. В нем по совокупности вкладов в результат всех параметров (функций) рассмотренных в примере лучшим оказывается вариант 2- разработка новой системы.
Рис. 6. ТРМ-анализ, основные критерии и выбор
Для оценки рисков, связанных с реализацией каждой из альтернатив, применяют методику Failure mode and effects analysis FMEA. Экспертным путем определяются индексы вероятности возникновения риска, значимости их последствий, возможности обнаружения. Так же рассматривают возможные варианты снижения рисков. Далее проводят сравнение всех вариантов с учетом возможных рисков. Пример приведен на рисунках 7 и 8 ниже.
Рис. 7. Оценка рисков, связанных с реализацией каждой альтернативы с помощью матрицы FMEA. вариант 1
Рис. 8. Анализ рисков. Методика Failure mode and effects analysis (FMEA)
На рисунке 8 мы видим, что в данном примере реализация второго варианта имеет максимальный риск, но этот же вариант имеет максимальное снижение риска относительно остальных и тем самым является самым выигрышным.
Заключение
Была рассмотрена проблематика проектирования современных СОИ для РЛС. Освещена сложность задач, решаемых при отображении возрастающего объема информационного потока, связанных с междисциплинарными задачами.
Систематизация требований и реализации процесса разработки, а также поиска новых решений, использование подходов применяемых при построении ракетно-космических систем, изучаемых в курсах системного инжиниринга, помогут в процессе реализации проектов по построению РЛС поднять качественно выше уровень проработки систем и всего изделия в целом.
Для проведения всестороннего анализа при решении задач по созданию системы отображения информации, удовлетворяющей требованиям, а также и других сложных компонентов и систем, необходимо применять весь доступный инструментарий методик. Это позволит выявить неочевидные закономерности, задать важные верные требования и определить противоречия и возможные варианты их решений, тем самым избежать проблем в процессе внедрения и сдачи изделий, сократить расходы и время на разработку, связанные с ошибочными решениями.
При создании программ отображения реального времени как основного элемента взаимодействия заказчика с Изделием использовать стандарт ANSI PMI PMBOK с применением V-модели интегрирующей все компоненты изделия в единую систему и с применением принципов Six Sigma, позволяющих обеспечивать и контролировать качество разработки на всех этапах, от эскизного проектирования до испытаний. [7]
Литература:
- ГОСТ РВ 0029–05.007–2009 Государственный военный стандарт Российской Федерации — Система стандартов эргономических требований и эргономического обеспечения. Интерфейс человеко-машинный. Общие эргономические требования.
- ГОСТ РВ 29.05.011–99 Государственный военный стандарт Российской Федерации _Система стандартов эргономических требований и эргономического обеспечения. Обеспечение программное образцов вооружения и военной техники. Общие эргономические требования.
- Романов А. А. Прикладной системный инжиниринг. М.: Физматлит, 2015. — 555 с.
- Сергеев С. Ф., Падерно П. И., Назаренко Н. А. Введение в проектирование интелектуальных интерфейсов: Учебное пособие. — СПб: СПбГУ ИТМО,2011. — 108 с.
- Сергеев С. Ф. Эргономика объектов вооружения: Курс инженерной психологии для конструкторов управляемого оружия/ С. Ф. Сергеев — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. — 143 с.
- Энциклопедический словарь по психологии и педагогике. 2013. [Электронный ресурс] // Сайт «Академик» / URL: http://psychology_pedagogy.academic.ru/19183/ (Дата доступа 15.09.2020).
- Учебный курс Основы управления проектами (на основе стандарта PMI PMBOK Guide 6th Edition., 2017.
