Эргономика и юзабилити пользовательского интерфейса программного обеспечения диагностирования и управления сложными техническими объектами

К категории сложных технических объектов (СТО) относят ракетнокосмические,    гидротехнические,    атомные,    электротехнические, авиационные, железнодорожные, морские и ряд других объектов, систем, конструкций и производственных процессов [1], требующих повышенного внимания в ходе их диагностики и управления для обеспечения заданного уровня надежности их функционирования.

Внедрение автоматизированных систем мониторинга, диагностики и управления СТО обеспечило обработку значительных потоков информации при большом числе контролируемых параметров для синхронизации процессов анализа и управления системами и их функционирования в режиме реального времени [2].

В этой связи необходимым является повышение эффективности взаимодействия оператора и программного обеспечения управления СТО, что делает актуальным решение задач повышения эргономики и юзабилити пользовательских интерфейсов (ПИ) автоматизированных систем диагностики и управления СТО. Целью статьи является уточнение понятий ПИ, эргономики и юзабилити, а также систематизация мероприятий по их совершенствованию.

Автоматизированные системы управления СТО, с одной стороны, облегчают работу операторов и повышают оперативность и качество принимаемых решений, а с другой, защищают сложные объекты от возможного негативного воздействия человеческого фактора. Соответственно, ПИ должен обеспечить дружественную среду взаимодействия с оператором, не превышая пределы человеческого восприятия. В этой связи ПИ должен способствовать снижению уровня сложности восприятия информации и повышению адекватности передаваемых данных, а также соответствовать требуемому объему компетенций оператора, благодаря своей простоте, наглядности и структурированной последовательности отображения данных.

В общем виде ПИ воспринимается как внешний вид программы, однако понятие ПИ объединяет ряд элементов, которые оказывают влияние на взаимодействие оператора с программным обеспечением: набор задач, решаемых оператором с помощью автоматизированной системы; метафору (например, рабочий стол); элементы управления и навигации в системе; дизайн, средства, форматы визуализации информации; технологии и устройства ввода данных; диалоги, трансакции, взаимодействия, обратную связь оператора и программного обеспечения; поддержку принятия решений и задокументированный порядок использования программы [3].

Для повышения эффективности взаимодействия оператора и СТО используются принципы эргономики и юзабилити. Понятие эргономики имеет более широкий смысл и изучает индивида или группу лиц во взаимодействии с техническими средствами. На основании научных трудов различных авторов эргономику можно определить как дисциплину, анализирующую деятельность человека, например, его энергозатраты, производительность и интенсивность конкретных работ, что способствует повышению эффективности организации рабочих мест и оптимизации промышленного дизайна.

Эргономика как наука опирается на знания инженерной психологии, психологии труда, конструирования, гигиены и охраны труда, антропологии, анатомии и физиологии, теории проектирования и управления и др. На микроуровне эргономика исследует процессы взаимодействия «человек-машина», в том числе «человек-программное обеспечение». В этом случае говорят о принципах юзабилити (пригодности использования) или повышения качества, продуктивности и удобства работы в интерактивной среде. Относительно программного обеспечения юзабилити можно определить способностью системы обеспечить удобство для оператора, выражающееся в эффективности построения пользовательских интерфейсов, простоте их освоения и использования, возможности быстрого запоминания и воспроизводства навыков работы с интерфейсом, снижении частоты ошибок, субъективном удовлетворении и др. внешних и внутренних факторах, повышающих качество взаимодействия в системе «человек-СТО» [4].

Внедрение принципов эргономики программного обеспечения диагностики и управления СТО предусмотрено введенным в 2013 г. стандартом, служащим для минимизации дополнительных действий оператора, не требуемых для выполнения задач; сокращения вводящей в заблуждение информации; наполнения пользовательских интерфейсов с недостаточной информацией; сокращения неожиданных реакций интерактивной системы; снижения навигационных ограничений при использовании системы; устранения неэффективного восстановления при ошибках [5].

Совершенствование ПИ программного обеспечения диагностики и управления СТО с применением принципов эргономики и юзабилити проводят по результатам юзабилити-тестирования, как промежуточного, выполняемого как часть итерационного процесса в ходе проектирования, так и полного, перед перепроектированием программного обеспечения.

Юзабилити-тестирование предполагает наблюдение за оператором и анализ проблем при работе с продуктом для последующего улучшения интерфейсов, с целью обеспечения эффективного взаимодействия оператора с ПИ. Для тестирования и разработки направлений совершенствования ПИ используют опросы, беседы, наблюдение, мозговой штурм, фокус группы, сценарии, оценки макетов и прототипов, стилевых правил, шаблонов дизайна, программно-аппаратные и др. методы сбора и анализа информации [6].

Совершенствования ПИ связаны с рядом мероприятий:

• -    Формирование ментальной модели будущего оператора для разработки ПИ, отвечающего требованиям знакомости, простоты, доступности и возможности делать открытия.

• -    Планирование явных (с точным результатом манипулирования объектом, посредством меню со списком команд) и подразумеваемых действий (посредством визуальных сигналов или контекста).

• -    Отображение результатов прямой манипуляции - выполнение оператором видимого действия и визуализация результатов действий.

• -    Организация коммуникаций и обратной связи, с указанием о выполнении команды, либо о невозможности выполнения и причинах.

• -    Отображение ошибок, поддерживаемое индикаторами, звуком, анимацией.

• -    Согласованность интерфейса, способность последовательно передавать знания и навыки оператора из приложения к приложению.

• -    Доступность команд для оператора, без необходимости усилий памяти для поиска места их хранения.

• -    Обеспечение права на ошибку, с быстрой обратимостью неправильно совершенных действий, без повреждения системы.

• -    Визуальное обеспечение стабильности ПИ за счет стандартных элементов знакомой среды, визуальный дизайн и эстетическая целостность

интерфейса.

• -    Обеспечение совместимости ПИ с операционной системой и соответствия его функций поставленным перед программным обеспечением

целям [7].

Анализ практической реализации принципов эргономики и юзабилити проведен на примере информационно-управляющего комплекса автоматизированной системы подготовки двигательных установок (ИУК АСП ДУ) ракетно-космического профиля. Программное обеспечение ИУК АСП ДУ реализовано как многооконное приложение и включает ряд экранов, таких как стартовый экран и технологические экраны, в том числе протоколов проведения испытаний, имитации оборудования, контроля исходного состояния и стыковки оборудования, задания технологических установок, архива данных, протоколов и графиков. Пример наглядного представления стартового экрана показан рисунке 1.

Рисунок 1 - Стартовый экран автоматизированного рабочего места инженера-испытателя

Информационные индикаторы стартового экрана для удобства восприятия оператором сообщают о готовности системы, изменяя цветовую палитру при положительном отклике системы (зеленый цвет) и при отсутствии готовности системы (красный). За стартовым экраном следует технологический экран, например, отражающий мнемосхему, как наглядное представление управляемой системы в символьно-графической форме. ПИ оператора отображает структуру объекта и технологических процессов, их взаимосвязь, данные об изменениях состояния при управляющих воздействиях оператора, и служит для эффективного функционирования системы. На технологическом экране изучаемой ИУК АСП ДУ визуализируется состояние дискретных и аналоговых датчиков давления, запорной арматуры, сообщений системы и смежных систем, выдача команд и сигналов, установка режимов работы.

С точки зрения юзабилити, такое представление создает целостность восприятия системы, структурирует потоки информации, облегчает процессы логической систематизации, обеспечивает понимание свойств, параметров, отношений, зависимостей элементов и состояний системы, что способствует выработке оптимальных управляющих решений.

При проведении испытаний отдельных элементов управляемой системы происходит накопление и хранение данных о командах и сигналах, действиях оператора и отклике системы, что отображается в виде протокола проведения испытаний (рисунок 2).

Рисунок 2 - Технологический экран протокола проведения испытаний.

В данном случае действия оператора и отклик системы выводятся в виде сообщений с указанием ошибок и выделяются различными цветовыми решениями. Так, сообщение о начале и подтверждении запуска пользователем той или иной операции представлено в зеленом цвете; отображение результатов состояния элементов системы, с указанием конкретных причин отсутствия исходного состояния для запуска операции – в желтом цвете.

Возвращаясь к отдельным элементам мнемосхемы, на технологическом экране ИУК АСП ДУ оператор наглядно видит цветовые отображения работы отдельных узлов и процессов. Так, обозначения магистралей подачи газообразной среды могут быть семи различных цветов, в зависимости от уровня давления, а условное изображение датчиков давления приобретает желтый цвет при приближении контролируемого значения к верхней границе рабочего диапазона и красный цвет при выходе за пределы контролируемого параметра или неисправности датчика. Аналогичные цветовые и символьные отличия предусмотрены для отображения состояния устройств, например, запорной арматуры. Наглядное представление изменений на примере электроклапана показано на рисунке 3.

закрыт открыт неопределенное закрыт, с запретом открыт, с запретом управления в          управления в автоматическом     автоматическом режиме           режиме

Рисунок 3  – Пример отображения информации о состоянии электроклапана

Дополнительно, для обеспечения эффективности диагностики и управления анализируемой системой, предусмотрены отдельные экраны, отображающие: исходное состояние и стыковки; установку и коррекцию технологических параметров; накопление и отображение данных с аналоговых датчиков и объектов АСП (с возможностью записи во внешние файлы); отображение и печать графического представления данных с аналоговых датчиков; отражение сообщений о выданных и полученных сигналах и командах оператора и системы и т.д.

Таким образом, на повышение эргономики и юзабилити ПИ программного обеспечения диагностики и управления СТО влияет простота использования, с возможностью предоставления оператору актуальных инструментов, исключая неважные опции; качественная графика; быстрота отклика на действие оператора; предоставление альтернатив выполнения задач; поддержка доступности команд; возможность оказания помощи пользователю и обеспечение его адаптации к изменениям внешней среды. На микроуровне для повышения эффективности взаимодействия оператора с ПИ автоматизированной системы СТО используются улучшенные способы ввода данных, подходы к шрифтовому, цветовому, композиционному, звуковому, анимационному, графическому стилевому оформлению.