Экологический дизайн интерфейса

Экологический дизайн интерфейса ( EID ) — это подход к проектированию интерфейса , который был представлен специально для сложных социотехнических систем реального времени и динамических систем. Он применяется в различных областях, включая управление технологическими процессами (например, атомные электростанции , нефтехимические заводы), авиацию и медицину .

EID отличается от некоторых методологий проектирования интерфейсов, таких как проектирование, ориентированное на пользователя (UCD), тем, что основное внимание при анализе уделяется рабочей области или среде, а не конечному пользователю или конкретной задаче.

Цель EID — сделать ограничения и сложные взаимоотношения в рабочей среде перцептивно очевидными (например, видимыми, слышимыми) для пользователя. Это позволяет направить больше когнитивных ресурсов пользователей на более высокие когнитивные процессы , такие как решение проблем и принятие решений. EID основан на двух ключевых концепциях исследований в области когнитивной инженерии и когнитивной системной инженерии : иерархии абстракций (AH) и структуре «Навыки, правила, знания» (SRK).

За счет снижения умственной нагрузки и поддержки рассуждений, основанных на знаниях, EID стремится повысить производительность пользователей и общую надежность системы как для ожидаемых, так и для непредвиденных событий в сложной системе.

Обзор

Происхождение и история EID

Экологический дизайн интерфейса был предложен в качестве основы для проектирования интерфейса Кимом Висенте и Йенсом Расмуссеном в конце 1980-х и начале 1990-х годов после обширных исследований надежности человеческой системы в Национальной лаборатории Рисё в Дании (Rasmussen & Vicente et al , 1989; Vicente, 2001). Термин экологический в EID происходит от школы психологии, разработанной Джеймсом Дж. Гибсоном, известной как экологическая психология . Эта область психологии фокусируется на отношениях человека и окружающей среды, в частности, в отношении человеческого восприятия в реальных условиях, а не в лабораторных условиях. EID заимствован из экологической психологии в том смысле, что ограничения и отношения рабочей среды в сложной системе отражаются перцептивно (через интерфейс), чтобы сформировать поведение пользователя. Для разработки экологических проектов были использованы аналитические инструменты, разработанные ранее исследователями Национальной лаборатории Рисё, в том числе Иерархия абстракций (AH) и структура «Навыки, правила, знания» (SRK). Концепция EID была впервые применена и оценена в системах атомных электростанций (Висенте и Расмуссен, 1990, 1992). Эти инструменты также используются в познавательный анализ работы . На сегодняшний день EID применяется во множестве сложных систем, включая управление компьютерными сетями, анестезиологию, военное управление и авиацию (Vicente, 2002; Burns & Hajdukiewicz, 2004).

Мотивация

Быстрое развитие технологий наряду с экономическими потребностями привело к заметному увеличению сложности инженерных систем (Висенте, 1999а). В результате проектировщикам становится все труднее предвидеть события, которые могут произойти в таких системах. Непредвиденные события по определению не могут быть определены заранее и, следовательно, не могут быть предотвращены посредством обучения, процедур или автоматизации. Сложная социотехническая система, спроектированная исключительно на основе известных сценариев, часто теряет гибкость, позволяющую поддерживать непредвиденные события. Безопасность системы часто ставится под угрозу из-за неспособности операторов адаптироваться к новым и незнакомым ситуациям (Висенте и Расмуссен, 1992). Экологический дизайн интерфейса пытается предоставить операторам необходимые инструменты и информацию, чтобы они могли активно решать проблемы, а не пассивно следить за ними, особенно во время развития непредвиденных событий. Интерфейсы, разработанные в соответствии с принципами EID, направлены на снижение умственной нагрузки при работе с незнакомыми и непредвиденными событиями, которые объясняются повышенным психологическим давлением (Vicente, 1999b). При этом когнитивные ресурсы могут быть высвобождены для эффективного решения проблем.

Помимо предоставления операторам средств для успешного управления непредвиденными событиями, EID также предлагается для систем, которые требуют от пользователей стать экспертами (Burns & Hajdukiewicz, 2004). Благодаря использованию иерархии абстракций (AH) и структуры «Навыки, правила, знания» (SRK), EID позволяет начинающим пользователям более легко приобретать продвинутые ментальные модели , для разработки которых обычно требуется многолетний опыт и обучение. Аналогично, EID обеспечивает основу для непрерывного обучения и распределенной совместной работы (Висенте, 1999b). Столкнувшись со сложными социотехническими системами, проектировщики не всегда могут спросить операторов, какую информацию они хотели бы видеть, поскольку каждый человек понимает систему на разном уровне (но редко полностью) и дает очень разные ответы. Структура EID позволяет дизайнерам определить, какая информация требуется, когда невозможно или невозможно запросить у пользователей (Burns & Hajdukiewicz, 2004). В намерения EID не входит замена существующих методологий проектирования, таких как UCD и анализ задач , а дополнять их.

UCD и EID: зачем вообще использовать EID?

Как мы можем видеть на примере современных интерфейсов Windows, технология User-Centered Design (UCD) проделала отличную работу по выявлению пользовательских предпочтений и ограничений и включению их в интерфейсы. В эпоху до UCD дизайн интерфейса был почти второстепенным вопросом для программы и полностью зависел от программистов, полностью игнорируя конечного пользователя.

Преимущества UCD

UCD добавляет три ключевые идеи:

1. Дизайн интерфейсов — это отдельная область, поскольку он является связующим звеном между людьми и программой/средой.

2. Понимание человеческого восприятия, познания и поведения имеет решающее значение для проектирования интерфейсов.

3. Этому можно научиться, получив обратную связь от реальных пользователей интерфейса на ранних стадиях проектирования, а затем протестировав его на различных этапах проектирования (Burns & Hajdukiewicz, 2004).

Но и в этом подходе есть некоторые проблемы.

Насколько важен EID?

Подход UCD обычно фокусируется на однопользовательских взаимодействиях между пользователем и интерфейсом, чего недостаточно для работы с современными все более сложными системами, где необходим централизованный контроль информации, и она отображается на различных интерфейсах с различной детализацией. EID является предпочтительным дополнением к процессу проектирования сложных систем, когда даже очень опытные пользователи не имеют полного понимания того, как работает вся сложная система (электростанция, атомная станция, нефтехимический завод и т. д.). Это известный факт ^{[ нужна ссылка ]} что пользователи не всегда понимают или даже чувствуют необходимость понимать все взаимосвязи, лежащие в основе сложных процессов, которыми они управляют через свои интерфейсы.

Более того, пользователи не всегда осведомлены об ограничениях, влияющих на систему, с которой они работают, и обнаружение этих ограничений может потребовать дополнительных усилий (Burns & Hajdukiewicz, 2004). EID включает этот стиль, основанный на ограничениях, в подход к проектированию, где он проверяет ограничения пользовательского домена перед получением пользовательского ввода. EID фокусируется на понимании сложной системы – ее конструкции, архитектуры и первоначального назначения, а затем на передаче этой информации конечному пользователю, тем самым сокращая кривую обучения и помогая им достичь более высокого уровня знаний.

Стиль, основанный на ограничениях, в дизайне интерфейса также облегчает обработку непредвиденных событий, поскольку независимо от события ограничение нарушается, и это может видеть пользователь, который, в свою очередь, может активно работать с интерфейсом, чтобы восстановить ограничение и исправить систему. .

Это никоим образом не умаляет полезности UCD, но подчеркивает тот факт, что EID предлагает уникальное понимание процесса проектирования и может использоваться в сочетании с другими методами когнитивной инженерии для улучшения пользовательских интерфейсов и повышения надежности человека в работе с людьми. машинное взаимодействие.

Иерархия абстракций

Иерархия абстракций (AH) представляет собой пятиуровневую функциональную декомпозицию, используемую для моделирования рабочей среды или, чаще называемую рабочей областью, для сложных социотехнических систем (Rasmussen, 1985). В структуре EID AH используется для определения того, какая информация должна отображаться в интерфейсе системы и как эта информация должна быть организована. AH описывает систему на разных уровнях абстракции, используя отношения «как» и «почему». Перемещение вниз по уровням модели отвечает на вопрос, как достигаются определенные элементы в системе, тогда как движение вверх показывает, почему существуют определенные элементы. Элементы на самом высоком уровне модели определяют цели и задачи системы. Элементы на самых нижних уровнях модели указывают и описывают физические компоненты (т. е. оборудование) системы. Отношения «как» и «почему» показаны на AH в виде связей «средство-цель». AH обычно разрабатывается в соответствии с систематическим подходом, известным как анализ рабочей области (Vicente, 1999a). Анализ рабочей области нередко дает несколько моделей AH; каждый из них исследует систему на разном уровне физической детализации, определенном с использованием другой модели, называемой иерархией части-целого (Burns & Hajdukiewicz, 2004).

Каждый уровень AH представляет собой полное, но уникальное описание рабочей области.

Функциональное назначение

Уровень функционального назначения (FP) описывает цели и задачи системы. AH обычно включает в себя более одной системной цели, причем цели противоречат друг другу или дополняют друг друга (Burns & Hajdukiewicz, 2004). Отношения между целями указывают на потенциальные компромиссы и ограничения в рабочей области системы. Например, целью холодильника может быть охлаждение продуктов до определенной температуры с использованием минимального количества электроэнергии.

Абстрактная функция

Уровень абстрактной функции (AF) описывает основные законы и принципы, которые управляют целями системы. Это могут быть эмпирические законы физической системы, судебные законы социальной системы или даже экономические принципы коммерческой системы. В целом законы и принципы сосредоточены на вещах, которые необходимо сохранить или которые проходят через систему, например, на массе (Burns & Hajdukiewicz, 2004). Работа холодильника (как теплового насоса ) регулируется вторым законом термодинамики .

Обобщенная функция

Уровень обобщенных функций (GF) объясняет процессы, связанные с законами и принципами, обнаруженными на уровне AF, т.е. то, как достигается каждая абстрактная функция. Между элементами, обнаруженными на уровне ГФ, существуют причинно-следственные связи. Цикл охлаждения в холодильнике включает перекачку тепла из области с низкой температурой (источник) в область с более высокой температурой (приемник).

Физическая функция

Уровень физической функции (PFn) раскрывает физические компоненты или оборудование, связанные с процессами, определенными на уровне GF. Возможности и ограничения компонентов, такие как максимальная мощность, также обычно отмечаются в AH (Burns & Hajdukiewicz, 2004). Холодильник может состоять из теплообменных трубок и газового компрессора , способного оказывать определенное максимальное давление на охлаждающую среду.

Физическая форма

Уровень физической формы (PFo) описывает состояние, расположение и внешний вид компонентов, показанных на уровне PFn. В примере с холодильником теплообменные трубы и газовый компрессор расположены особым образом, что в основном иллюстрирует расположение компонентов. Физические характеристики могут включать в себя такие вещи, как цвет, размеры и форма.

Иерархия причинной абстракции

Описанная ранее иерархия является функциональным представлением иерархии абстракции. иерархия Функциональная абстракции подчеркивает связи иерархии «средства-цели» или «как/почему». Эти связи являются прямыми и проиллюстрированы на пяти уровнях Иерархии абстракций.

Поскольку системы становятся все более сложными, нам необходимо следить за структурой потока, а также понимать, как работает система. Именно здесь становится необходимым представление причинно-следственной иерархии абстракции. Поскольку схемы потоков становятся все более сложными и становится все труднее выводить потоки непосредственно из диаграммы системы, мы добавляем причинно-следственные модели к функциональным моделям.

Причинно-следственные модели помогают детализировать структуру потока и понять более сложные модели потока в пределах указанного уровня иерархии абстракции. Причинное функциональное представление иерархии абстракции имеет ту же структуру, что и представление иерархии абстракции, но с нарисованными причинными связями. Причинно-следственные связи также известны как связи «внутри уровня». Эти связи показывают, как процессы и потоки связаны внутри каждого уровня.

Эти два представления тесно связаны, но обычно разрабатываются отдельно, поскольку в результате получается более четкая модель, которая отражает большую часть системных ограничений.

В очень сложных системах потоков можно использовать причинные модели для упрощения или абстрагирования потоков. В таком сценарии нам может оказаться проще сначала определить основные линии подачи и продуктов, а затем линии управления, линии аварийного снабжения или аварийные шунтирующие линии (Burns & Hajdukiewicz, 2004). Причинно-следственные связи наиболее полезны на уровнях Обобщенной функции и Абстрактной функции, которые показывают потоки материалов, процессов, массы или энергии.

Система «Навыки, правила, знания» (SRK)

Структура «Навыки, правила, знания» (SRK) или таксономия SRK определяет три типа поведения или психологических процессов, присутствующих при обработке информации оператором (Vicente, 1999a). Структура SRK была разработана Расмуссеном (1983), чтобы помочь дизайнерам объединить информационные требования к системе и аспекты человеческого познания. В EID структура SRK используется для определения того, как должна отображаться информация, чтобы использовать преимущества человеческого восприятия и психомоторных способностей (Висенте, 1999b). Поддерживая поведение, основанное на навыках и правилах, в знакомых задачах, можно выделить больше когнитивных ресурсов на поведение, основанное на знаниях, которое важно для управления непредвиденными событиями. Эти три категории по существу описывают возможные способы извлечения и понимания информации, например, из человеко-машинного интерфейса:

Уровень навыков

Поведение, основанное на навыках, представляет собой тип поведения, который требует очень незначительного сознательного контроля или вообще не требует его для выполнения действия после формирования намерения; также известный как сенсомоторное поведение . Деятельность является плавной, автоматизированной и состоит из высокоинтегрированных моделей поведения, в большинстве случаев контроля, основанных на навыках (Rasmussen, 1990). Например, езда на велосипеде считается поведением, основанным на навыках, при котором после приобретения навыка для контроля требуется очень мало внимания. Эта автоматизация позволяет операторам высвободить когнитивные ресурсы, которые затем можно использовать для более высоких когнитивных функций, таких как решение проблем (Wickens & Hollands, 2000). Ошибки в поведении, основанном на навыках, являются рутинными ошибками.

Уровень на основе правил

Поведение, основанное на правилах, характеризуется использованием правил и процедур для выбора образа действий в знакомой рабочей ситуации (Rasmussen, 1990). Правила могут представлять собой набор инструкций, полученных оператором на основе опыта или данных руководителями и бывшими операторами.

Операторам не требуется знать основные принципы работы системы, чтобы осуществлять управление на основе правил. Например, в больницах имеются строго регламентированные инструкции на случай пожара. Таким образом, когда кто-то видит пожар, он может предпринять необходимые шаги для обеспечения безопасности пациентов, не имея никаких знаний о поведении при пожаре. Ошибки в поведении, основанном на правилах, происходят из-за недостаточных технических знаний.

Уровень знаний

Поведение, основанное на знаниях, представляет собой более продвинутый уровень рассуждения (Wirstad, 1988). Этот тип контроля необходимо использовать, когда ситуация является новой и неожиданной. Операторы обязаны знать фундаментальные принципы и законы, которыми управляется система. Поскольку операторам необходимо формировать четкие цели на основе текущего анализа системы, когнитивная нагрузка обычно выше, чем при использовании поведения, основанного на навыках или правилах.

См. также

Ссылки

Беннетт, К.Б. и Флах, Дж.М. (2011). Дизайн дисплеев и интерфейсов — тонкая наука, точное искусство . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4200-6439-1
Бернс, К.М. и Хайдукевич, младший (2004). Экологический дизайн интерфейса . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 0-415-28374-4
Расмуссен, Дж. (1983). Навыки, правила, знания; сигналы, знаки и символы, а также другие различия в моделях деятельности человека. Транзакции IEEE по системам, человеку и кибернетике , 13, 257–266.
Расмуссен, Дж. (1985). Роль иерархического представления знаний в принятии решений и управлении системой. Транзакции IEEE по системам, человеку и кибернетике , 15, 234–243.
Расмуссен, Дж. (1990). Ментальные модели и управление действиями в сложных средах. В Д. Акерманне, Д. и М. Дж. Тауберах (ред.). Ментальные модели и взаимодействие человека и компьютера 1 (стр. 41–46). Северная Голландия: Издательство Elsevier Science. ISBN 0-444-88453-X
Расмуссен Дж. и Висенте К.Дж. (1989). Борьба с человеческими ошибками посредством проектирования системы: последствия для проектирования экологического интерфейса. Международный журнал человеко-машинных исследований , 31, 517–534.
Висенте, К.Дж. (1999a). Когнитивный анализ работы: на пути к безопасной, продуктивной и здоровой работе на компьютере . Махва, Нью-Джерси: Эрлбаум и партнеры. ISBN 0-8058-2397-2
Висенте, К.Дж. (1999b). Экологический дизайн интерфейса: поддержка адаптации оператора, непрерывное обучение, распределенная совместная работа. Материалы конференции по человекоцентрированным процессам , 93-97.
Висенте, К.Дж. (2001). Когнитивные инженерные исследования в Рисё в 1962–1979 годах. В книге Э. Саласа (ред.), «Достижения в области человеческой деятельности и исследований в области когнитивной инженерии», том 1 (стр. 1–57), Нью-Йорк: Elsevier. ISBN 0-7623-0748-X
Висенте, К.Дж. (2002). Проектирование экологического интерфейса: прогресс и проблемы. Человеческий фактор , 44, 62–78.
Висенте, К.Дж. и Расмуссен, Дж. (1990). Экология человеко-машинных систем II: Опосредование «прямого восприятия» в сложных рабочих областях. Экологическая психология , 2, 207-249.
Висенте, К.Дж. и Расмуссен, Дж. (1992). Проектирование экологического интерфейса: теоретические основы. Транзакции IEEE по системам, человеку и кибернетике , 22, 589–606.
Викенс, К.Д. и Холландс, Дж.Г. (2000). Инженерная психология и деятельность человека (3-е изд.) . Река Аппер-Седл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN 0-321-04711-7
Вирстад, Дж. (1988). О структурах знаний для операторов процессов. В Л. П. Гудстейне, Х. Б. Андерсене и С. Э. Олсене (ред.), «Задачи, ошибки и ментальные модели» (стр. 50–69). Лондон: Тейлор и Фрэнсис. ISBN 0-85066-401-2

Внешние ссылки

Учреждения и организации

Лаборатория расширенного проектирования интерфейсов (AIDL) , Университет Ватерлоо
Лаборатория когнитивной инженерии (CEL) , Университет Торонто
Группа исследований когнитивной инженерии (CERG) , Университет Квинсленда
Общество человеческого фактора и эргономики
IEEE Systems, Общество человека и кибернетики