курсовая_ВССТ. интерфейс (1). Технические средства человеко машинного интерфейса Содержание
 Скачать 26.78 Kb.
|
|
Технические средства человеко - машинного интерфейса Содержание
Введение В настоящее время всё больше сфер человеческой деятельности подвергаются автоматизации. Человек в силу своих физических способностей не может управлять технологическим процессом, например ядерный реактор. Так же автоматизируются те технологические процессы, в которых ошибка является катастрофой и может нанести огромный вред окружающей среде. С ростом уровня автоматизации сфер производства выросло и число программных продуктов, управляющих технологическими процессами. Современное состояние науки и техники позволяет создавать устройства, снабженные программным обеспечением, позволяющие пользователю осуществлять эффективное взаимодействие с механизмами в различных целях. Значимость эффективности такого взаимодействия особенно велика при разработке автоматизированных систем управления технологическими процессами, применении решений по автоматизации в сложных и опасных для человека условиях. Эффективность такого взаимодействия часто зависит от того, каким именно образом организован механизм взаимодействия, составляющий человеко-машинный интерфейс. Актуальность исследования определяется тем, что длительное время существования и развития механизмов взаимодействия между человеком и машиной не привело к исключению (преодолению) всех существующих проблем. Хорошо организованный интерфейс делает рабочую обстановку более комфортной, помогает уменьшить число ошибок и таким образом ограничить возможный ущерб для управляемой системы. Хороший интерфейс дает человеку возможность понять функции технической системы. Наука по изучению «человеческого фактора» – посвящена эффективному использованию человеческих способностей в технической среде. С момента появления вычислительной техники до недавнего времени основным объектом внимания была сама ЭВМ. Все усилия их создателей были направлены на то, чтобы эффективно использовать существующие технологии, а не на то, чтобы пользователям :было удобно. Только специалисты с глубоким знанием внутренних механизмов ЭВМ могли ими управлять. Сейчас невозможно, чтобы большинство пользователей стали специалистами по ВТ – наоборот, это обслуживание ЭВМ должно стать проще и понятнее. Целью работы является изучение особенностей технических средств человеко - машинного интерфейса. Объект исследования – человеко-машинный интерфейс. Предмет исследования - технические средства человеко - машинного интерфейса. Задачи: 1) проанализировать технические средства человеко - машинного интерфейса в научной литературе; 2) рассмотреть характеристику и классификацию интерфейсов разного типа; 3) изучить человеко-компьютерное взаимодействие и его средства. Методом исследования является анализ научно-методической литературы по выбранной теме. 1. Теоретические основы изучения технических средств человеко - машинного интерфейса 1.1.Понятие человеко-машинного интерфейса Человеко-машинный интерфейс довольно широкое понятие. Чтобы понять это понятие надо узнать, что представляет собой понятие интерфейс. Слово интерфейс (от англ. - поверхность раздела, перегородка) определяет место или способ соединения, соприкосновения, связи. Это слово стало популярным в эпоху компьютеризации, но его значение относится к любому сопряжению взаимодействующих систем. Например, вожжи - это главный элемент интерфейса между лошадью и кучером; руль, педали газа и тормоза, ручка КПП - интерфейс водителя для управления автомобилем. Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами. То есть, научившись работать с одной программой, например, под Windows, пользователь с лёгкостью освоит и другие, потому что они имеют одинаковый интерфейс. В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. В соответствии с этой классификацией выделяют: -интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд); -графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана; -диалоговый интерфейс; -языковой интерфейс: пользователь «разговаривает» с программой на родном ему языке [4]. Из этого вытекает понятие пользовательского интерфейса. Пользовательский интерфейс - это совокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами. Разобрав понятие интерфейс можно перейти к человеко-машинному интерфейсу. Так что же представляет собой человеко-машинный интерфейс [5]. Человеко-машинный интерфейс – это методы и средства обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и технической системой, предоставляющие возможности оператору управлять этой системой и контролировать ее работу. Обычно именно этот термин используется по отношению к взаимодействию между оператором и программным обеспечением ЭВМ, с которым он работает. Создание систем человеко-машинного интерфейса тесно связано с эргономикой (Эргономика - научная дисциплина, комплексно изучающая производственную деятельность человека и ставящая целью её оптимизацию), но не тождественно ей. Проектирование ЧМИ включает в себя создание рабочего места: кресла, стола, или пульта управления, размещение приборов и органов управления, освещение рабочего места, а, возможно, и микроклимат. Далее рассматриваются действия оператора с органами управления, их доступность и необходимые усилия, согласованность (непротиворечивость) управляющих воздействий и расположение дисплеев и размеры надписей на них. Сложность создания человеко-машинного интерфейса состоит в том, что данные, которые нужно «донести» до пользователя, нужно «донести» так, чтобы пользователю было это «донесение» удобным и понятным. Управление сложной техникой предъявляет требования к хорошо продуманному пользовательскому интерфейсу, обеспечивающему эффективную и без опасную эксплуатацию объекта управления [4]. Таким образом, человеко-машинный интерфейс - это широкое понятие, охватывающее инженерные решения, обеспечивающие взаимодействие оператора с управляемыми им машинами. 1.2. Характеристика и классификация интерфейсов разного типа Человеко-машинный интерфейс условно делят на три подгруппы: -командный (текст ориентированный) интерфейс; -смешанный (псевдографический) интерфейс; - графический интерфейс. Общим для этих интерфейсов является понятие окна — области экрана, куда программа выводит свои данные и откуда получает команды. В большинстве случаев интерфейсы этого типа реализуют метафору «рабочего стола»: экран — поверхность стола; бумаги и документы — окна. Соответственно, все проблемы «традиционных столов» наблюдаются в полном объеме: отыскать нужный документ недельной давности бывает нелегко. Перекрытие («черепица»), как метод отображения сразу нескольких документов, не только не решает проблему, а наоборот, усугубляет ее: нужно следить за тем, какой из документов/окон сейчас активен, а поиск во множестве окон очень неудобен. Перекрытие окон порождает проблемы навигации между отдельными окнами, кроме того, возникает эффект «когнитивной перегрузки» — когда на экран выводится столько различной информации, что пользователь просто теряется [7]. Особенности решений, использующих интерфейсные средства взаимодействия разной природы, приведены в табл. 1. Таблица 1- Характеристика интерфейсов разного типа
Процесс диалога активизирует систему управления отображением и функции управления буферами через внешние системные вызовы. Пользователь, как уже говорилось, может активизировать их либо через структуры командного языка, либо путем прямого манипулирования. В последнем случае система обращается с элементами как с конкретными объектами, которые могут быть физически инициированы такими средствами, как указание и выборка [5]. Д.С. Сверчковым приводится классификация реализованных в настоящее время пользовательских интерфейсов [4]. В частности, в зависимости от способа представления информации следует различать: - приборные интерфейсы (аналоговые и цифровые приборы, индикаторы дающие наглядное представление о состоянии системы и возможность управления ею); - схематические интерфейсы (с высокой степенью концентрации управляемых элементов, обеспечение визуализации процесса в целом и отдельных элементов); - экологические интерфейсы (ориентация на визуализацию процессов, ускорение сопоставления сравниваемых величин, отражение физических закономерностей среды); - функциональные интерфейсы (реализуется подход контроля общих для подсистем функций, позволяют провести быструю оценку состояния технологических процессов); - иммерсивные интерфейсы (реализация наиболее правдоподобного воспроизведения реального мира (виртуальная реальность) [4, с. 185-186]. В соответствии с принципом отбора информации интерфейсы могут быть обзорными, задачными и системными. Таким образом, человеко-машинный интерфейс условно делят на три подгруппы, это командный, смешанный и графический интерфейс, классифицируют интерфейсы в зависимости от способа представления информации. 2. Особенности технических средств человеко - машинного интерфейса 2.1. Человеко-компьютерное взаимодействие и его средства Технические средства человеко-машинного интерфейса остаются одним из ключевых компонентов систем автоматизации. Однако их внешний вид и функциональные возможности претерпевают существенные изменения. Важный компонент любой системы автоматизации — средства человеко-машинного интерфейса (HMI – англ. Human-Machine Interface). Их роль, по-прежнему велика, несмотря на то, что уровень автоматизации постоянно растет. Какой бы совершенной ни была система управления, принятие критически важных решений всегда остается за человеком, а значит, он должен оперативно и в удобной форме получать информацию о техпроцессе и иметь возможность контролировать и влиять на него [3]. HMI представляет собой набор технических средств, предназначенных для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудованием. Он позволяет оператору управлять и контролировать работу технических систем. Удобство, надежность и функциональность средств HMI во многом определяет успех работы всей АСУ. Исторически под HMI понимали кнопки, переключатели, стрелочные приборы и т.д. В современном мире на смену физическим устройствам постепенно приходят виртуальные. Так сегодня панель оператора, содержит виртуальные кнопки, графики, аналоговые и цифровые показатели. Как говорилось раннее человеко-машинный интерфейс делят на три подгруппы: текстовый (текст ориентированный) интерфейс; смешанный (псевдографический) интерфейс; графический интерфейс. Как пример к такому виду человеко-машинного интерфейса можно привести интерфейс командной строки DOS или Shell - интерпретатор Linux. Пользователь взаимодействует с вычислительной системой с помощью клавиатуры, набирая специальные команды, для задания различных опций служат параметры. Система как ответ на действия пользователя тоже выдаёт или сообщения, или результат выполнения введенной команды, опять же в текстовом виде. Курсор может иметь вид мигающего прямоугольника или чёрточки, обозначающей место ввода. В таком режиме можно взаимодействовать лишь с одной программой, хотя потенциально могут выполняться несколько различных программ [1]. Управлять взаимодействием этих программ можно лишь только опять с командной строки, причём проверить результат можно только по окончанию работы. Для эффективного использования их пользователю необходимо знать синтаксис всех команд, плюс знать, какие нужно использовать ключи или опции для каждой из них. Это является главным недостатком этой подгруппы человеко-машинных интерфейсов. Кроме того, текстовая природа выводимых данных делает трудной, а подчас и совершенно невозможной работу с определённым классом приложений, в первую очередь графических, или тех, где используются разнородные данные, например Web-браузеры. Но с другой стороны преимуществом данного вида человеко-машинного интерфейса в том, что этот вид интерфейса требует определённой культуры поведения и чёткости мысли пользователя [2]. Смешанный интерфейс (псевдографический). В первую очередь следует различать понятия «оконный» и «графический» интерфейсы. «Оконный» базируется на принципе разделения реального окна монитора (или виртуального десктопа намного большего размера, чем физический дисплей) на прямоугольные области, внутри каждой из которых определенная программа направляет свой вывод и откуда получает команды. Никто и нечто не ставит никаких ограничений на природу этих окон - это могут быть как независимые текстовые терминалы, так и окна, куда выводиться графика (как результат работы, так и элементы интерфейса). Псевдографический интерфейс обособлен присутствием графических интерфейсных элементов, например, кнопки, индикаторы процесса выполнения, меню. Для пользования этой системой уже не нужно наизусть помнить многочисленные команды и опции, сообщения имеют более удобный и привычный вид. Но интерфейс все равно остается текст ориентированным, а значит трудности с отображением различных данных остаются - о типе файла можно узнать только по расширению, а не как в Windows - еще и по иконке [2]. Псевдографический человеко-машинный интерфейс является промежутком между чисто текстовым интерфейсом и графическим. Такой вид человеко-машинного интерфейса в большинстве случаев обладает всеми преимуществами текстового интерфейса (использование мощных языков, расширяемость), и устраняет некоторые недостатки (позволяет легче управлять системой, нагляднее представить файловую систему, например). Графический интерфейс. Графический человеко-машинный интерфейс - это система средств для взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на представлении всех доступных пользователю системных объектов и функций в виде графических компонентов экрана (окон, значков, меню, кнопок, списков и т.п.). При этом, в отличие от текстового интерфейса, пользователь имеет произвольный доступ (с помощью клавиатуры или устройства координатного ввода типа "мышь") ко всем видимым экранным объектам. Впервые Графический интерфейс был предложен учёными из исследовательской лаборатории Xerox PARC в 1970-х. В 1973 году в лаборатории Xerox PARC собирают молодых людей, недовольных политикой США (война во Вьетнаме) и дают свободу исследований. В результате на свет появляется концепция графического интерфейса WIMP (Windows, Icons, Menus, Point-n-Click). В рамках этой концепции создаётся компьютер Alto. В графическом человеко-машинном интерфейсе все элементы пользовательского интерфейса, как и сами данные в окнах, отображаются в графическом режиме, с помощью 256, 16-битной или 32-битной глубины цветового буфера. Это позволяет сформировать привлекательные с точки зрения пользователя окна, кнопки, пиктограммы, ползунки, индикаторы. В таком режиме «объемность» интерфейсных элементов достигается с помощью искусственных приемов - например, за несколько пикселей до края рамки окна дают полоску белого толщиной в один пиксель - появляется иллюзия того, что рамка как бы выпукла. Таким образом, устройства HMI предназначены для взаимодействия с оператором, однако в настоящее время они все шире принимают на себя функции и устройств обработки информации с повышенными коммуникационными возможностями. 2.2. Стандартизация требований к техническим средствам человеко - машинного интерфейса В компьютерном оборудовании широко используются органы управления (устройства ввода данных), представленные в виде функциональных или алфавитно-цифровых клавиатур, различных видов манипуляторов (например, «мышь», световое перо, сенсорное устройство указания). Органы управления как часть человеко-машинного интерфейса могут иметь различную степень важности в диалоге между оператором и оборудованием или машиной [9]. Стандартизация требований (в том числе эргономических) к органам управления особенно важна в областях, где принятие мер по обеспечению безопасности крайне необходимо (например, когда в результате неправильной работы системы приведения в действие может произойти авария или когда необходимы частые или оперативные действия: при работе подъемных кранов, эксплуатации транспортных средств и др.), особенно в случаях, когда потенциально опасное оборудование используется людьми с низкой квалификацией. Требования к органам управления и принципы приведения в действие человеко-машинного интерфейса установлены в международном стандарте МЭК 60447:2004 «Интерфейс человеко-машинный (ИЧМ). Принципы приведения в действие», который входит в число основных публикаций по безопасности, принятых Международной электротехнической комиссией. Этот стандарт предназначен для применения соответствующими Техническими комитетами МЭК при разработке стандартов на конкретное оборудование, а также в случаях, когда отсутствуют стандарты на конкретное оборудование с аналогичной областью применения. В странах Европы действует европейский стандарт ЕН 60447:2004 «Интерфейс человеко-машинный (ИЧМ). Принципы приведения в действие», требования которого не отличаются от МЭК 60447:2004. В МЭК 60447:2004 установлены основные принципы приведения в действие человеко-машинного интерфейса, обеспечивающие правильное и своевременное функционирование органов управления, безопасную и надежную работу оборудования в целом. Установленные в МЭК 60447:2004 принципы применяют при эксплуатации электрооборудования, машин или даже целого предприятия [9]. Таким образом, требования к органам управления и принципы приведения в действие человеко-машинного интерфейса установлены в международном стандарте МЭК 60447:2004 «Интерфейс человеко-машинный (ИЧМ). Принципы приведения в действие», который входит в число основных публикаций по безопасности, принятых Международной электротехнической комиссией. Заключение В данной работе была рассмотрена проблема технических средств человеко - машинного интерфейса. Усложнение технических и технологических процессов вызвало необходимость автоматизации управления, контроля за состоянием сложных, многопараметрических систем. Эффективность взаимодействия пользователя с программным обеспечением автоматизированных систем управления во многом определяется качеством человеко-машинного интерфейса. Человеко-машинный интерфейс – это технические средства, предназначенные для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудованием и дающие возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его функционирование. Такие средства могут включать приводимые в действие вручную органы управления, контрольные устройства, дисплеи. Устройства HMI предназначены для взаимодействия с оператором, однако в настоящее время они все шире принимают на себя функции и устройств обработки информации с повышенными коммуникационными возможностями. Изучение научных источников позволило выявить актуальные направления и перспективы развития человеко-машинного интерфейса. В настоящее время перспективными направлениями организации взаимодействия «человек-машина» выступают: применение процедур обоснованного распределения функций при разработке человеко-машинного интерфейса, максимальное использование возможностей интеллектуализации интерфейса, применение многомодальных интерфейсов для решения сложных и многомерных технических задач, использование потенциала искусственных нейронных сетей для обеспечения оптимального функционала интерфейса. Список использованной литературы Анохин А.Н. Проблемы организации человеко-машинного интерфейса АСУ ТП АЭС // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, 2015. № 2 (88). С. 104-108. Луков Д. К. Человеко-машинный интерфейс // Научный журнал. 2019. №4 (38). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/cheloveko-mashinnyy-interfeys (дата обращения: 07.07.2020). Луков Д.К. Человеко-машинный интерфейс // Научный журнал. 2019. №4 (38). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/cheloveko-mashinnyy-interfeys (дата обращения: 07.07.2020). Сверчков Денис Сергеевич Разработка человеко-машинного интерфейса и его применение в системах управления // Труды Крыловского государственного научного центра. 2018. №Спецвыпуск 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-cheloveko-mashinnogo-interfeysa-i-ego-primenenie-v-sistemah-upravleniya (дата обращения: 07.07.2020). Тюрин, И.В. Вычислительная техника и информационные технологии: Учебное пособие / И.В. Тюрин. - Рн/Д: Феникс, 2018. - 64 c. Хрусталев В. И. Сравнительный анализ структуры технологий человеко-машинного интерфейса // Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. №9. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnyy-analiz-struktury-tehnologiy-cheloveko-mashinnogo-interfeysa (дата обращения: 07.07.2020). http://intent.gigatran.com/article/?id=40056 https://poisk-ru.ru/s59276t18.html https://studopedia.ru/view_mashinostroenie.php?id=1 |