Глава IV “Проблема оптимальности и методические принципы”
advertisement
ГЛАВА IV1 ПРОБЛЕМА ОПТИМАЛЬНОСТИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ 1. Проблема оптимальности в инженерно-психологическом проектировании Инженерно-психологическое проектирование как вид системного проектирования связывает себя требованием оптимальности, в соответствии с которым ставится задача построения наилучшего проекта. Однако в настоящее время не существует понятия «наилучший проект», так как в проектировании, как и в большинстве остальных сфер деятельности, до сих пор не выработаны адекватные критерии оптимальности (см., например, Чапанис 1964а и Christensen 1962). В настоящее время существуют два подхода к решению задач оптимизации: систематический и эвристический. Систематический подход использует средства прикладной математики. Проблема оптимизации формулируется в этом случае как проблема решения экстремальных задач. Эти задачи решаются в различных разделах математического программирования (линейное, выпуклое, стохастическое, динамическое программирование). В общем виде задача программирования может быть сформулирована как задача выбора решения (из множества всех возможных допустимых вариантов решений), которое обеспечивает экстремальное значение функционала. Подобная модель не применима в проектировании, поскольку мы не имеем множества всех возможных проектов для осуществления выбора. Множество же имеющихся проектов часто не может быть упорядочено отношением предпочтения. Второй подход – эвристический – характеризуется тем, что построение удовлетворительного проекта рассматривается не как выбор из множества проектов, а как удачный выбор из альтернативных решений проектных задач на каждом. из шагов проектирования. В рамках этого подхода не ставится вопрос об оптимальном проекте, а речь идёт лишь о достаточно хорошем проекте. Этот подход не может устроить нас по целому ряду причин (Дубровский 1968, Щедровицкий 1968). Среди них главными являются необоснованность эвристических методов и неадекватность модели альтернативного выбора действительности проектирования. Так как рассмотренные подходы не удовлетворительны, для решения проблемы оптимальности в проектировании, мы будем пользоваться иным подходом, включающим некоторые идеи указанных выше подходов. В математическом программировании методом решения является всякий алгоритм, существенно лучший, чем простой перебор. Всякий подобный метод есть перебор направленный. Существует два типа методов направленного перебора: методы последовательного улучшения решения и методы последовательного сокращения невязок. Метод первого типа – это осуществление направленного перебора лишь в области допустимых решений. На каждом шаге алгоритма осуществляется переход от некоторого решения к лучшему решению. Алгоритм заканчивает свою работу, когда для некоторого шага лучшего решения по сравнению с полученным на предыдущем шаге не существует. Метод второго типа есть направленный перебор недопустимых решений, уменьшающий степень нарушения ограничений. Это движение к границе допустимой области решений должно сопровождаться минимальным отклонением значения функционала от экстремального. Поэтому первое допустимое решение, полученное таким образом, будет оптимальным. Глава из книжки В.Я. Дубровский и Л.П. Щедровицкий «Проблемы системного инженернопсихологического проектирования», М. 1971. 1 По аналогии с принципом последовательного улучшения решения в математическом программировании мы будем пользоваться принципом последовательного улучшения проекта. Этим принципом аналогия и исчерпывается. Действительно, как указывалось выше, мы не имеем области возможных и допустимых проектов. В лучшем случае мы имеем несколько проектов. Переход от одного решения к другому, лучшему, мы заменим преобразованием исходного проекта, улучшающим проект. Таким образом, в исходном пункте оптимизации мы имеем не область возможных проектов, а один или несколько исходных проектов. В проектировании недопустимым считается проект, нарушающий хотя бы одно из необходимых требований. Нарушение инженерно-психологических требований столь же недопустимо, как и технических (например, требований к прочности конструкции). Оптимальность в проектировании носит относительный характер. Оптимальным следует считать всякий допустимый проект, который является наилучшим из всех проектов, имеющихся к моменту его завершения. При этом, когда мы говорим «наилучший», мы имеем в виду не соответствие проекта некоторому оптимуму, а отсутствие недостатков, выявленных в других проектах (с сохранением их достоинств). В случае, когда исходный вариант проекта оказывается недопустимым, первый предварительный этап работы состоит в преобразовании исходного проекта, которое делает его допустимым. Для этого необходим анализ проектировочных процедур с целью выявления ошибок, послуживших причиной недопустимости исходного проекта. На основе такого анализа должны быть сформулированы методические принципы, позволяющие получить допустимый проект. Эти принципы вносятся в библиотеку методических принципов. Впоследствии необходимо осуществлять перепроектирование с соблюдением сформулированных принципов. Этот шаг повторяется, пока не будет получен допустимый проект. (Пример преобразования исходного недопустимого проекта в допустимый мы рассмотрим ниже.) Каждый шаг этапа последовательного улучшения проекта включает следующие пункты: 1. Полагание неоптимальности имеющегося проекта. 2. Рефлексивный анализ деятельности по построению имеющегося проекта. Продуктами такого анализа являются, с одной стороны, выявленные недостатки проекта, а с другой « формулировка и оценка методических положений и конструктивных принципов, неявно (неосознанно) используемых при построении. 3. Обоснование методических и конструктивных принципов проектирования, выявленных в пункте 2 и оценённых положительно, и определение границ их применения; внесение их в библиотеку принципов. 4. Систематическое проведение обоснованных методических принципов с целью снятия выявленных недостатков полученного проекта. (Предполагается, что все методические принципы, имевшиеся в библиотеке, ранее использовались на предыдущих этапах.) Этот итеративный процесс заканчивается ко времени сдачи проекта. Таким образом, вопрос о получении оптимального проекта мы свели к вопросу организации проектировочной деятельности. В отличие от эвристики мы предполагаем логический рефлексивный анализ «творческих» шагов при проектировании и обоснование методических принципов, полученных в результате такого анализа. В то время как в математическом программировании результат не зависит от исходного решения, в проектировании эта зависимость существенна. Дело в том, что различные конструктивные типы проектов не допускают взаимных переходов без смены принципа организации проектируемой системы в целом. Это означает, что можно говорить об улучшении проекта лишь в рамках определённого типа решений. Поскольку в настоящее время у нас нет средств для установления в исходном пункте возможностей улучшения проектов разных типов, то в соответствии с принципом оптимальности исходный набор проектов должен содержать все типы. Однако никакой типологии проектов ещё не существует, и поэтому единственным выходом является использование по возможности максимального исходного набора. Кроме того, на каждом шаге улучшения проекта возможно несколько направлений улучшения. Движение по одному из них может завести в тупик. В этом случае возникает необходимость возврата к одному из промежуточных вариантов. Это в свою очередь требует хранения всех промежуточных проектов. Другой способ « одновременное движение по всем возможным направлениям улучшения. Следует заметить, что в процессе нашего изложения произошло переосмысление понятия оптимальности проектных решений. Такая смена соответствует логике исследования практической проблемы обеспечения оптимальности проекта. Действительно, для обсуждения проблемы оптимальности в абстрактно-теоретическом аспекте вполне достаточно самой возможности существования критериев оптимальности проектов. При этом важно отметить, что подобные критерии оценивают не проект (как продукт деятельности проектирования), а описанную в проекте систему, подлежащую реализации. Поэтому область возможных решений совпадает с областью реализуемых (осуществимых) решений, а допустимость обеспечивает возможность, поскольку требование осуществимости проекта является важнейшим принципом современного системного проектирования. В практическом же аспекте инженерно-психологического проектирования такое осмысление понятий возможного, допустимого и оптимального проекта оказывается неадекватным. Прежде всего абстрактная возможность критерия оптимальности практически незначима, если такого критерия нет в наличии (в действительности), и мы не можем применить его для выяснения вопроса о том, оптимально или нет полученное решение. Далее, из возможности создания системы в соответствии с её проектом (возможности осуществления проекта) ещё не следует возможность построения самого проекта – продукта деятельности инженернопсихологического проектирования. Поэтому допустимость проекта, соответствие его требованиям технического задания вовсе не означает его возможности как продукта проектировочной деятельности. Наконец, при рассмотрении допустимости проекта в настоящее время уже нельзя ограничиваться требованиями технического задания2. Удельный вес затрат (денежных, человеческих и временных) на проектирование систем постоянно растёт, и, следовательно, ограничения и критерии, не учитывающие требований самого проектирования (совместно с требованиями сфер производства и потребления), в принципе не могут быть адекватными задачам проектирования. К настоящему времени адекватных критериев не существует. Более того, насколько нам известно, вопрос о таких критериях до сих пор не ставился. Что же касается ограничений со стороны проектирования, то их всегда вынуждены были учитывать (но не в контексте проблемы оптимальности). Приняв во внимание ограничения со стороны деятельности проектирования (включая время проектирования), мы предлагаем понимать под требованием оптимальности требование, согласно которому рассматриваемый проект должен быть лучше всех существующих к «Дело в том, что при решении инженерных задач имеют место ограничения двух видов. Одна группа ограничений относится к методу решения-задачи и охватывает такие вопросы, как наличие знаний, сроки и имеющиеся в распоряжении лабораторное оборудование и вычислительная техника. Другая группа ограничений относится к самому решению задачи и связана с действием таких факторов, как естественные (физические) ограничения, издержки, наличие материалов, оборудования и производственного мастерства» (Диксон 1969 , с. 16). 2 моменту завершения проектирования (лучше не по отношению к некоторому критерию, а по отношению к недостаткам других проектов). Этот момент заранее определён сроками выдачи проекта. При этом предполагается, что с увеличением времени проектирования, осуществляя последовательное улучшение проекта, мы могли бы подойти как угодно близко к оптимальному решению в прежнем смысле. Таким образом, проблему получения оптимального в прежнем смысле проекта мы свели к проблеме рациональной организации деятельности проектирования. Мы рассмотрели лишь одну линию улучшения проекта. Вторая, независимая линия улучшения проекта связана со сменой (расширением) объекта инженерно-психологического проектирования. В настоящее время основные задачи, которые приходится решать инженеру-психологупроектировщику, – это либо модификация рабочего места оператора в уже эксплуатирующихся системах, либо проектирование-рабочего места в соответствии с уже имеющимся проектом технической части системы. Как модификация, так и проектирование рабочего места могут вестись в условиях рассмотрения различных частей системы, начиная с панели пульта и кончая всей системой в целом, поскольку человеческие факторы имеют всеобъемлющее значение. Та или иная степень вмешательства специалиста по человеческим факторам в проектирование системы зависит, с одной стороны, от требований заказчика, а с другой, от возможностей самого инженера-психолога-проектировщика. Каждой «степени вмешательства» соответствует свой собственный объект проектирования. Можно выделить четыре таких объекта, соответственно увеличению «степени вмешательства»: панель пульта систему пульта, включающую панель и машину пульта систему «человек – пульт» социотехническую систему или систему деятельности Последний объект является единственным объектом проектирования, удовлетворяющим принципу системной целостности и дающим максимальное поле возможностей для специалиста по факторам человека. Конечно, инженерно-психологическое проектирование может (при особой организации системного проектирования в целом) ограничиться системой «человек – пульт», т. е. системой индивидуальной деятельности оператора. По-видимому, в результате инженерно-психологического проектирования в случае модификации должно быть получено три проекта, соответствующих разной «степени вмешательства», т. е. перестройке панели, всей системы пульта, системы «человек – пульт». Расширение объекта инженерно-психологического проектирования, безусловно, приводит к повышению эффективности работы оператора, однако чем шире объект, тем большая часть системы должна быть перестроена в соответствии с изменением проекта, т. е. тем дороже обходится модификация проекта. Решение вопроса о том, какой из этих проектов должен быть реализован, является прерогативой заказчика. 2. О методических принципах Выше мы рассматривали методические принципы как главное средство улучшения качества проекта, а точнее, преобразования недопустимого проекта в допустимый. Методические принципы инженерно-психологического проектирования являются продуктом методической работы в рамках инженерной психологии как части методологии системного проектирования. Основная задача методической работы в настоящее время – это преодоление частных затруднений, возникающих в проектировании в связи с несоответствием существующих средств проектирования новому типу объекта. Эта работа ведётся в двух направлениях. Первое направление организует знания в форме конструктивных принципов и методических предписаний. Методическое предписание для решения некоторой практической задачи строится в соответствии с опытом решения этой конкретной задачи. Именно опыт является единственным основанием для рекомендации соответствующих приёмов проектирования. Однако в условиях проектирования новых систем перед проектировщиком встают задачи такого типа, для которых в прошлом не было прецедентов решений, и, следовательно, опыт не может служить источником методических предписаний. В этом случае методические предписания могли бы строиться на основании теоретических знаний из многих научных областей: теории систем, теории проектирования, педагогической теории, теории деятельности, психологии и др. Однако в настоящее время наука не располагает знаниями, достаточными для решения этой задачи. С точки зрения существующих задач проектирования более эффективным является другое направление методической работы и формулировки упомянутых выше методических принципов. Речь идёт о методических принципах, формулирующихся на основе осознания отрицательного опыта решения задач инженерно-психологического проектирования. Их основное назначение состоит в том, чтобы предупредить возникновение ошибочных решений в будущем. Для этого необходимо выяснить, на каком шаге инженернопсихологического проектирования было принято неверное решение. Иными словами, необходимо указать на соответствующую часть проектировочной процедуры. В связи с тем что как правильное, так и неправильное решения могут рассматриваться как осуществление различных возможных вариантов процедуры, должны быть указаны как вариативный момент процедуры, так и область его вариации. Наконец, необходимо указать на тот вариант (или варианты), который обеспечивает правильное решение. Методические принципы должны гарантировать успех их применения в проектировании. Поскольку соответствующий положительный опыт отсутствует, методические принципы должны специально обосновываться. Это обоснование предполагает апелляцию к специфике объекта проектирования – системы деятельности, так как рассматриваемые нами затруднения являются проявлением указанного несоответствия средств типу объекта в современном системном проектировании. Задача построения методических принципов обусловливает специфическую организацию исследовательской группы. Основным моментом при построении методических принципов является описание деятельности проектировщика на языке логики и методологии. Необходимым условием для получения такого описания является кооперация работы двух групп – группы проектирования и группы методологии, объединенных для решения одной задачи – формулировки обоснованных методических принципов. Внутри общей задачи каждая группа имеет свою подзадачу. Задача группы проектирования заключается в построении рассуждений, обосновывающих проектное решение. Эти рассуждения служат эмпирическим материалом для логикометодологического анализа, в результате которого должно быть получено нормативное описание процедуры мыслительной деятельности инженерно-психологического проектирования (или её фрагмента). Текст, фиксирующий рассуждения проектировщика и служащий эмпирическим материалом для логико-методологического исследования, должен удовлетворять двум типам норм: нормам мыслительной деятельности и нормам оформления рассуждений, принятым в рассматриваемой сфере деятельности. Реконструкция норм мышления (как задача логико-методологического анализа) предполагает знание норм оформления рассуждения. Поскольку в проектировании нормы оформления рассуждений отсутствуют, для логико-методологического анализа необходимо живое общение (вопросноответная процедура) между методологом и проектировщиком. (Если бы такие нормы существовали, то эмпирическим материалом для логико-методологического исследования мог бы служить всякий текст, оформленный в соответствии с этими нормами.) Существует мнение, что проектировщики могут сами адекватным образом описывать свою работу. Однако наш опыт работы и опыт некоторых зарубежных исследователей показал, что проектировщики не могут адекватно описывать свою деятельность. Д. Мейстер и Е. Фарр (1967) провели специальное исследование, в котором проектировщиков просили рассказать о разработке типичных проектов, в которых они принимали участие. Это исследование показало, что «проектировщики испытывают трудности при формулировании содержательных ответов. Поэтому бесполезно просить их рассказать о том, как они разрабатывают проекты. … Неспособность проектировщиков давать аналитические ответы нельзя, однако, объяснить трудностями вербализации, поскольку проектировщики имели дело не с абстрактными стимулами, а отвечали на специфические вопросы, касающиеся конкретных проблем проекта» (Meister and Farr, 1967, стр. 76). Неспособность проектировщиков адекватным образом описывать свою работу объясняется тем, что для описания деятельности необходимы специфические средства, которых нет у проектировщиков. Такие средства имеются лишь в методологии. И лишь на языке методологии возможно обоснование методических принципов.
