Взаимодействие человека и вычислительной машины

Взаимодействие человека и вычислительной маши­ны — центральная проблема автоматизации проектиро­вания. Под таким взаимодействием понимается процесс обмена сообщениями между человеком и вычислитель­ной машиной, обусловленный необходимостью последо­вательного или параллельного выполнения человеком и машиной действия по совместному выполнению какой-либо задачи. При этом на человека, как и во всех систе­мах «человек — машина», возлагаются ведущие, управ­ляющие функции. Машина же — это инструмент, кото­рый освобождает человека от выполнения трудоемких операций, предоставляя информацию и время для реше­ния творческих задач.

Такая постановка приводит к разделению функций в процессе взаимодействия человека с вычислительной машиной, основанному на учете способностей человека и возможностей ЭВМ. Среди способностей человека, не­доступных машине, можно выделить следующие:

- формулирование генеральной идеи деятельности и ее декомпозиция на иерархию целей и задач;

- оценка социальных, эстетических и других аспектов решаемых задач, трудно поддающихся количественному выражению;

- формулирование критериев оптимальности, оценка их относительной важности;

- объединение формальных и неформальных факторов в процессе принятия решений;

- использование опыта, интуиции, воображения;

- принятие решений на основе неполных данных;

- изменение стратегии действий в любой момент при­нятия решений.

К возможностям вычислительной машины можно от­нести:

- чрезвычайное быстродействие;

- способность запоминать колоссальный объем инфор­мации и мгновенно извлекать из памяти нужные све­дения;

- надежность в шаблонной работе, отсутствие ошибок из-за усталости или невнимания.

Следует отметить, что нельзя раз и навсегда разде­лить проектирование на операции, которые могут вы­полняться только человеком или только машиной. Оче­видно, машина может выполнять только те операции проектного процесса, которые описаны аналитически. Все, что не может быть описано на формальном языке к моменту эксплуатации системы или ее фрагмента, должно выполняться проектировщиком.

Часто можно встретить выражение: «Машина выпол­няет рутинную работу». Это так, но не следует забывать, что это не специфическая «машинная» работа, а работа, которую раньше выполнял человек и которая не всегда считалась рутинной. Использованию тех или иных прие­мов по выполнению любой проектной операции, даже самого простого расчета, предшествует стадия исследо­ваний и экспериментальной проверки. И только в ре­зультате широкого применения этих приемов для выпол­нения данной операции она становится механической, нетворческой работой.

По мере развития научной и технической базы проек­тирования все большая часть проектных операций, вы­полняемых ранее человеком, будет передаваться ЭВМ. В то же время нельзя представлять себе процесс разви­тия автоматизации проектирования как простое умень­шение числа операций, выполняемых человеком, с одной стороны, и увеличение числа операций, выполняемых ЭВМ, с другой.

Возрастание объемов машинного проектирования не означает возможности полной замены человека маши­ной или уменьшения его роли в процессе проектирова­ния. Следствием более полного использования ЭВМ для выполнения проектных операций становится не только освобождение человека от рутинных работ, но и расши­рение области принятия решений на основе точных ра­счетов, что позволяет специалистам более качественно решать поставленные перед ними задачи. «Машины не мыслят — и вряд ли будут мыслить — как человек, как разумное существо, живущее в обществе, имеющее ин­теллектуальные потребности и пользующееся естествен­ным языком для обмена мыслями с другими разумными существами. Но несомненно, что человек, работающий в «содружестве» с электронной машиной, мыслит лучше и иначе, чем человек, вынужденный ограничиваться лишь примитивными орудиями механизации своего умст­венного труда».

Понятие «взаимодействие человека и вычислитель­ной машины» включает следующие характеристики: взаимопонимание между человеком и ЭВМ; психологи­ческая готовность к осуществлению взаимодействия; доступность ЭВМ для человека; быстрота реакции и удоб­ство общения с ЭВМ.

Быстрота реакции ЭВМ зависит от временной орга­низации ее взаимодействия с человеком. Различают два основных режима временной организации: пакетный и оперативный. При пакетном режиме взаимодействия че­ловек не может вмешиваться в процесс решения задачи на промежуточных этапах. В зависимости от организа­ции работы вычислительного центра, его загруженности и других причин между моментом передачи решения на ЭВМ и получением результата могут пройти часы или даже дни. Поскольку при этом нарушается естественная непрерывная логическая цепь принятия решений, пакет­ный режим может быть приемлем при решении отдель­ных локальных задач, например различного рода ра­счетов.

В задачах большой сложности, в которых требуется участие проектировщиков на промежуточных этапах решения, такая форма становится неудобной и даже не­приемлемой. Временные разрывы, возникающие после решения отдельных подзадач, задерживают мыслитель­ный процесс проектировщика. Чем большее число под­задач включает задача, тем труднее организовать взаимодействие человека и машины при пакетном режиме работы. Укрупнение подзадач также не повышает эф­фективности работы, поскольку в задачах большой сложности целесообразно уменьшать поле выбора воз­можных проектных решений. Это достигается путем раз­бивки общей задачи на мелкие подзадачи, которые са­мостоятельно решаются на ЭВМ. При этом человек пос­ле решения каждой задачи анализирует ответ и на ос­нове этого анализа принимает решение об ограничении числа рассматриваемых вариантов и направлении даль­нейшего поиска.

В таких случаях взаимодействие человека и машины осуществляется в оперативном режиме — режиме диа­лога, при котором человек и машина последовательно включаются в работу.

Эффективность диалогового режима определяется возможностью решения мыслительных задач и организа­цией ритма коммуникаций. Выделяются пять тактов совместного решения задач:

- анализ условий задачи;

- выбор конкретного способа включения ЭВМ в поиск решения;

- определение требований к организации диалога, выбор формы представления вводимых и выводимых данных и формирование запроса в ЭВМ;

- получение машинного ответа на определенном этапе решения;

- соотнесение и анализ машинного ответа с конк­ретными условиями задачи.

Диалоговый режим взаимодействия технически эф­фективен только тогда, когда человек оперирует в про­цессе решения своей задачи определенными символами или графическими образами, с которыми он привык ра­ботать в своей профессиональной области, и этот язык воспринимается машиной. Непосредственный контакт человека с ЭВМ поддерживается при помощи дисплея с устройствами, позволяю­щими оперативно вводить необходимые данные, обра­щаться к машине за справками и получать ответы через такие промежутки времени, которые не тормозят ход мыслительной деятельности.

Режим взаимодействия с ЭВМ определяет степень подготовленности человека для работы с вычислитель­ной техникой. При использовании пакетного режима, когда человек не вступает в непосредственный контакт с ЭВМ, ему достаточно иметь общее представление о возможностях вычислительной машины и четко сфор­мулировать свою задачу. При непосредственной связи с машиной человек должен уже не только знать возможности машины, но и уметь общаться с ней на опре­деленном языке, уметь давать распоряжения на этом языке и записывать условия.

Важной проблемой при автоматизации проектирова­ния становится разработка формальных языков связи человека с машиной, которые называются языками про­граммирования. Языки программирования предназначе­ны для описания проектной информации, с которой проектировщик имеет дело на стадии формирования исходных данных и получения промежуточной и ре­зультирующей информации, а вычислительная маши­на - в процессе ее хранения, передачи, преобразования.

При разработке языков программирования возни­кают следующие задачи:

- достижение степени универсальности, позволяющей описывать все взаимодействующие компоненты решае­мых задач, подсистем и систем автоматизированного проектирования;

- максимальное приближение к профессиональному языку потребителя, позволяющее устранить или свести к минимуму объем специальных знаний о программи­ровании;

- максимальное сокращение времени на подготовку исходной информации для проектирования.

Контрольные вопросы:

1. Что понимается под автоматизацией архитектурно-строительного проектирования?

2. Проблемы совмещения формальных и неформальных операций при создании САПР.

3. Способности человека, недоступные машине.

4. Возможности ЭВМ.

5. Задачи разработки языков программирования.