52 KOMUNIKACIJA ČLOVEK - RAČUNALNIK INFORMATICA 2/89 V REGULACIJSKI TEHNIKI Keywords: man-machine interaction, control Matjaž Debevc, Rajko Svečko, Dali Donlagič engineering, system design Tehniška fakulteta Maribor Zaradi vedno večjega razvoja strojne opreme, programske opreme, se vedno bolj uveljavlja področje komunikacije človek - računalnik. Razvoj sistema človek - stroj se Je razvil lz treh področij, ergonomlčnega načrtovanja, sistemskega načrtovanja in programskega načrtovanja. Regulacijska tehnika ter komunikacija človek - računalnik so del tega sistema. Za učinkovito ln uspešno komunikacijo moramo poznati primarne ln sekundarne kriterije za kvaliteto ter pogoje za dobro komunikacijo. Pri regulacijskih sistemih moramo poznati model človeka ter model računalniškega procesa. Pri načrtovanju programov se moramo ozirati na funkcije procesa in funkcije uporabnika. Posebej je pomembno vprašanje, kaj Je potrebno poznati pri izvedbi vnosa. Delo pri tem podaja določene rešitve ln nekatera ergonomična navodila. Computer - human interaction has become Important due to the Incessant development of hardware and software. The system man-machine 'has developed from the following three fields: ergonomlc design, system design and software design. Control engineering and computer-human interaction are a part of this system. In order to enable an efficient and a succesful communication, primary and secondary quality criteria should be known, as well as the conditions that assure a reliable communication. In control systems the model of man and the model of the computer process should be known. Process functions and user functions should be taken Into account in software design. Special attention should be paid to the requirements of data entry. Certain solutions are given together with some ergonomlc instructions. 1. UVOD Na področju računalništva in informatike Je viden nezadržen razvoj strojne opreme. Zaradi vedno večjih hitrosti ln zmogljivosti pridemo do situacij, ko lahko omogočimo čim bolj naravno komunikacijo človek računalnik. Ker pa je razvoj strojne opreme hitrejši kakor razvoj programske opreme se dogaja, da so programi narejeni površno ln nepopolno. To Je posledica ciljev proizvajalcev, da naredijo program, še preden Jih prehiti konkurenca ali zaradi slabe povezanosti t ima. Največ časa in veUKo vloženega napora Je potrebno za načrtovanje in programiranje tistih delov programa, ki se ukvarjajo s komunikacijo. TI običajno zavzamejo tudi največ pomnilnlškega prostora in programske kode (od 60'/. do 80'/. celotnega programa). Pri snovanju učinkovitega uporabniškega vmesnika se poraja vprašanje, kakšna je optimalna komunikacija človek - računalnik. Poznati moramo razvoj sistema človek - stroj ln opisati model človeka v povezavi s tehničnimi sistemi. V tem primeru z regulacijskimi sistemi. Ta model Je osnova za razvoj učinkovitega uporabniškega vmesnika. Regulacijske sisteme delimo na vodenje procesa ln na regulacije (za odpravo motenj). Glede na ta dva področja ustrezno načrtujemo strukturo za izdelavo komunikacije. Pri snovanju programa se držimo ergonomičnih navodil za pisanje programa. 2. sistem Človek - stroj Sistem človek - stroj se Je razvil iz treh področij: ergonomlčnega načrtovanja, sistemskega načrtovanja ln programskega načrtovanja. ergonomično sistemsko načrtovanje načrtovanje • analiza nalog • postopki načrtovanja • obvestila • simulacije ln modeliran. • elementi uporabe • regulacijska tehnika • govorni vhodi/izhodi • organlzaciJa in komunlk. SISTEM ČLOVEK - STROJ programsko načrtovanje • obdelava podatkov • ekspertni sistemi • grafični prikaz • pripomočki dela Slika 1: Povezanost s sistemom človek-stroj Skupne točke, stičišče posameznega področja so v sistemu človek - stroj. Ta sistem vsebuje eden ali več delov iz vsakega posameznega področja in Jih združuje v skladno celoto. Del sistemskega načrtovanja je tudi regulacijska tehnika, ki nam je osnova v tem članku. 3. KRITERIJI USPEŠNE KOMUNIKACIJE KRITERIJI ZA KVALITETO Kadar ocenjujemo kvaliteto se ravnamo po kriterijih zaradi lažje primerljivosti in pravilne izbire tehnike za razvoj .komunikacije. Kriterije delimo na primarne in sekundarne. PRIMARNI: • čas, ki ga uporabnik potrebuje, da opravi neko delo, • natančnost, s katero uporabnik opravi delo, • zadovoljstvo pri delu. V zelo kreativnih okoljih Je potrebno čim bolj optimizirati zadnji kriterij, medtem ko Je v normalnih razmerah potrebno optimizirati čas, hitrost dela. Ti kriteriji so predvsem odvisni od sestave projekta, od znanja in sposobnosti uporabnika in od fizičnih karakteristik naprave. SEKUNDARNI • čas spoznavanja, • čas učenja, • čas obnavljanja naučenega, • pomnenje, • občutljivost na napake in utrujenost, • omejitve motoričnega gibanja. Vsi časi naj bodo čim krajši, kajti obsežne knjige ali navodila ne vodijo k učinkovitosti, in produktivnosti, 0 pomnenju govorimo, kadar si mora uporabnik zapomniti za kratek ali daljši čas simbole In tehnike, ki jih, uporablja pri svojem delu. Utrujenost nastane običajno zaradi slabega načrtovanja potez, ki jih mora uporabnik napraviti pri svojem delu (predolga uporaba svetlobnega peresa). Utrujenost vpiva na Število napak in s tem tudi na zadovoljstvo pri delu. Omejitve se izražajo v velikosti delovnega prostora (doseg uporabnikove roke). Poleg delovnega prostora so tudi omejitve v vidnem polju (opazovanje več oken hkrati, opazovanje mainjših slik v večjih ...). POGOJI ZA DOBRO KOMUNIKACIJO • ENOSTAVNOST - glavni del sistema nI obširen ali pa Je organiziran hierarhično • JASNOST - vsak del sistema Je jasno viden in razumljiv • SPOZNAVNOST - deli sistema spomnijo uporabnika na stvari, ki jih pozna • POPOLNOST - sistem je urejena vsota njegovih delov • UREJENOST - kar uporabnik pozna v enem delu, mu pomaga tudi v ostal i h del i h • ZANESLJIVOST - sistem odgovarja uporabniku v zanesljivem dialogu DOVZETNOST - interaktivni odgovori so hitri, vljudni in informirajoči. 4. KOMUNIKACIJA V REGULACIJSKIH SISTEMIH Če želimo narediti uspešno komunikacijo človek -računalnik v povezavi z regulacijskimi sistemi, se v prvi vrsti srečamo z modelom človeka, na katerega se oziramo pri načrtovanju in pisanju programa.■ UOOEL &0\tK» Slika 2: Model človeka v povezavi s tehničnimi sistemi Naloga operaterja pri opazovanju in vodenju tehničnega procesa Je sestavljena iz opazovanja trenutne situacije, primerjanje z zastavljenimi cilji, iskanje rešitev problema (na osnovi osvojenega znanja), priprava podatkov in poseganje v proces (menjanje stanje sistema). Za olajšanje dela in za dosego večje natančnosti in učinkovitosti se uporabljajo računalniško podprti vizualni sistemi. V glavnem so to zmogljive grafične naprave z velikimi hitrosti prikazovanja, izvajanja operacij in z veliko kapaciteto pomnilnika. Operater sedaj samo vstavi podatke in opazuje proces in ukrepa samo v določenih situacijah. Namesto z ročnim poseganjem v proces lahko to sedaj opravimo z računalniškim algoritmom. Slika 3: Model računalniškega procesa RAZDELITEV FUNKCIJ ZA PROCES Regulacijsko tehniko razdelimo na področje vodenja procesa in regulacije (za odpravo motenj). Najprej se ustvari slika procesne sheme iz katere nato dobimo model procesne zanke, v katero vpišemo na določena mesta ustrezne procesne parametre. Te slike kreiramo s pomočjo simbolov, črt in z risanjem teksta. Slika 4: Model procesa 54 i ^rv Toplo -- vodo Zunonjo temperatura Slika 5: Procesna shema Deflnirajmo si področja, kjer bo. prikaz podatkov (digitalnih vrednosti, tabele, diagrami, krivulje ln sporočila). Slika 6: Prikaz Nato Imamo možnost analize ali sinteze regulacijske zanke. Pri analizi Je sistem podan in mu določimo stabilnost, vodljlvost in spoznavnost. Vsi rezultati se prikažejo v ustrezni obliki na zaslonu. Sinteza pa pomeni načrtovanje regulatorja v regulacijski zanke (Izbira parametrov , izbira strukture). S pomočjo ukaznih menujev direktno v shemi regulacijske proge določamo parametre ali bloke in simuliramo progo, odzivi se zopet prikažejo v utreznl obliki na zaslonu. Načrtujemo lahko klasične kot tudi samonastavlji ve regulatorje. Po načrtovanju ponovno pokličemo procesno shemo in dinamično opazujemo potek simulacije vodenja procesa. Po simulaciji lahko priključimo računalniški sistem na ustrezen dejanski proces. Pri vodenju procesa se nam na ekranu dinamično prikazujejo trenutni odzivi in parametri procesne sheme. RAZDELITEV GLAVNIH FUNKCIJ UPORABNIKA Za celotno simulacijo ln vodenje procesa Je značilno, da vedno nastopajo naslednje funkcije uporabnika: • razpoznavanje situacije • primerjava situacije z določenimi cilji • Iskanje rešitve problema • priprava vhodnih podatkov • izvedba vnosa Prve štiri funkcije smo na kratko že opisali, ena pomembnih točk pri komunikaciji človeka z računalnikom pa je izvedba vnosa. VNOS Pri načrtovanju vnosa se moramo ozirati na tri pomembna vprašanja: - katere interaktivne naprave bomo uporabili? - kako kreirati dialog? - kakšne naj bodo sistemske funkcije? INTERAKTIVNE NAPRAVE Izhodne alfanumerični zaslon grafični zaslon tiskalnik svetlobna plošča risalnik zvočnik fakslmile DIALOG Vhodne kontrolne tipke miška grafična plošča svetlobno pero plošča na dotik Igralna palica sledilna žoga programabllne tipke razpoznavalnlk glasu Slika 7: Dinamično opazovanje elementov v procesu Pri pisanju programov za dialog se omejimo na ukaze ln vnos podatkov. Izbira ukazov naj bo sestavljena iz ukaznih menujev, Imenovanih "okna" (windows). Za manipulacijo in izbiro ukazov pa najbolj pogost uporabimo miško. Če pa miške nimamo na voljo pa uporabimo funkcijske tipke za premik kurzorja. Običajno za selekcijo ukazov izberemo naslednje naprave: - direktne, kot so svetlobno pero In plošča na dotik, - indirektne, kot so miška ali grafična plošča, Te naprave so najbolj priljubljene in razširjene, - simulaciJske, kot so alfanumerična tipkovnica ali fizični lokator. KREIRANJE VIDNEGA PROSTORA ZA UKAZE IN VNOS PODATKOV Vidni prostor v zadnjem času kreiramo prav z okni. Pri tem moramo vedeti naslednje: - okna naj ne bodo prevelika ali premajhna, - Informacije v njih morajo biti kratke, Jedrnate in Jasne, - pravilno izblrajmo barvo za ozadje ln barvo črk, - okna naj se pojavljajo hierarhično. Če Je Informacij, ukazov malo, naj bodo okna enonivojska, - obvestila naj bodo v spodnjem delu ekrana, vendar dovolj dobro vidna ln opremljena z zvočnim signalom, - izogibajmo se utripajočim ukazom, ki so škodljiva za oči, bolje Je, da Jih poudarimo. Ukaze lahko izbiramo s padajočimi menuji ali pa v 3D tehniki. SISTEMSKE REAKCIJE Sistemske reakcije naj bodo v procesu takoj vidne (utripanje objekta, funkcijske tipke na zaslonu, zvočni signal). Zaželjeno Je, da prikažemo direktno ali lndlrektno tudi odzive na vhode, ki smo Jih dobili pri simulaciji zaradi primerjave. Slika 8: Padajoči menu in 3D tehnika Slika 9: Valjna tehnika Kadar imamo vnos večjega števila podatkov, naj bodo vnosi enakomerno razporejeni po ekranu. f obvestilo o procesu ^ vnosi: vnos2: vnos3: vnos4: vnos5: vnos6: vnos7: V^ obvestilo o tipkoh ^J Slika 10: Alfanumerični vnos podatkov r ■ poda joči menuji delovni prostor menu \ obvestilo, ukazna vrtico f F11 V n 1 \ i / j— te / / i V F4 F5J Slika 12: Prikaz sistemskih reakcij 5. ZAKLJUČEK Vedno hitrejši, zmogljivejši, prostorsko skorajda neomejeni računalniki danes omogočajo vedno boljšo ln lažjo komunikacijo človeka z računalnikom. Cilj programerja ne sme biti, da naredi program po meri strojne opreme, ampak po meri človeka. Človekovo delo z računalnikom mora biti čim bolj naravno ln blizu okolja, v katerem dela. Za načrtovanje takšnih programov pa Je potrebno veliko napora ln dodatnega dela, ki se pozneje zelo obrestuje pri uspešnosti programa. Uporabniško prijazni programi povečajo produktivnost, natančnost ter veselje človeka do dela z računalnikom. Pri načrtovanju programov se moramo držati ergonomičnih navodil za delo računalnika s človekom. Ne nazadnje, če imamo možnost, Izberimo ustrezne barve za dodatno informacijo. Vedno moramo imeti pred očmi uporabnika programa in njegovo delo, saj bomo le tako naredili uspešen program. 6. LITERATURA 1.James Martin, Design of Man-Computer Dialogues, Prentice-Hall, New York, 1973, 2.Več avtorjev, Enajsta šola računalništva, Knjižnica Slgma, Ljubljana, 1988, 3.N. Guid, Računalniška grafika, TF Maribor, 1988, 4.R.Grimm, Zu ergonomischen Gestaltung der Mensch -Prozess-Schnlttstelle: Prozessbeobachtung und Prozessbedienung, Rege lungstechnische Praxis, 1984, št.4, str. 153-160, 5.G.Johannsen,Kassel, Neue Entwicklungen bei Mensch -Mashine - Systemen, Automatisierungstechnik, 1987, št. 10, str. 385-395, 6.J.Foley,V.Wal lace,P.Chan, The Human Factors of Computer Graphics and applications, november 1984, str. 13 - 48.' Slika 11: Grafični vnos podatkov