UX в СССР: визуальные языки, Нейрат, инфографика и ВНИИТЭ. Часть III

Понятие мнемосхемы

Осторожность в цитировании психологов(особенно западных), озабоченность математическим аппаратом для построения эргономических моделей, контроль и тестирование результатов в разных вариантах, интерес к труду и усталости оператора или диспетчера:  советская техническая литература 60ых годов об интерфейсах и средствах отображения информации (СОИ) исполнена самыми интересными замечаниями и отсылками к искусству, психологии или даже социальной теории. Я начну с анализа текста, в известном смысле уникального — книги Валерия Венды “Средства отображения информации” в серии эргоном. исследования и худож. конструирование за 1968 год, которая посвящена экспериментам по проектированию и созданию интерфейсов и визуального сопровождения процессов на ТЭЦ в Москве.

Автор начинал свою работу как научный сотрудник в ЦНИИ комплексной автоматизации на проекте ТЭЦ-21, одновременно защищая диссертацию в МЭИ.  Строительство этой ТЭЦ началось в марте 1960 года, в августе 1964 года работы по строительству 1-ой очереди ТЭЦ-21 в составе 3-х блоков общей мощностью 300 МВт были закончены.  Уже с момента строительства стало ясно, что чисто инженерные решения для проектирования пультов управления и диспетчерских узлов ТЭЦ не могут быть реализованы чисто инженерными средствами.  Была создана большая группа из инженеров, психологов и художников. После первых глав с большим перечислением разных классификаций средств отображения информации, Венда описывает системы «человек и автомат» как обладающими самым слабым звеном - интерфейсом (СОИ на языке аббревиатур советской инженерии). 

«Из всей совокупности разнообразного оборудования операторских и диспетчерских пунктов она выделяет почти исключительно средства отображения информации, являющимися, как известно, наиболее ответственными и сложными согласующими элементами в системах “человек и автомат”» 

Что такое СОИ? Это то, что западная традиция Human-Computer interaction обычно называет интерфейсом, но при этом, с точки зрения советского эргономиста и инженера - и нечто гораздо большее. 

Средство отображение информации должно вопсроизводить информацию, наиболее существенную с точки зрения конкретных функций оператора или диспетчера в количествах, соответствующих реальным возможностям человека по ее переработке, и в форме, максимально облегчающей ее восприятие и расшифровку человеком. В тексте заметны перемены по сравнению с 30-ми годами,  разными пособиями из Института Труда Гастева и эти перемены ощутимы: обостряется интерес к когнитивной нагрузке, повышается значение человека и требование учесть его восприятие, снижается ценность подготовки и трудовой дисциплины, — в целом, стиль становится мягче. Идет медленная эволюция. Команда ТЭЦ-21 экспериментирует и не боится смелых решений: что если расположить датчики и приборы в стиле композиции Малевича? Насколько композиция влияет на скорость работы с интерфейсом?  Важна ли вообще композиция и ритм расположения элементов интерфейса? Да.  Это важная часть, автор называет это «управлением маршрутом обзора»

Краткая история советской энергетики с точки зрения опыта пользователя 

Одним из ключевых отличий СССР было существования монополии и единого владельца  энергетики — ГОЭЛРО, Госуда́рственная комиссия по электрифика́ции Росси́и, которая была создана по указу лично Ленина. Сосредоточение всех ресурсов в руках государства позволило сделать следующий «энергетический переход» – от «децентрализованной» энергетики к постепенной «централизации» – пониманию того, что наиболее эффективным способом промышленного использования электрической энергии является ее выработка на крупных электростанциях, расположенных в регионах с наилучшей доступностью топлива,  последующей передачей энергии по ЛЭП в регионы, имеющие спрос на нее. Таким образом, возобладал так называемый «кустовой» принцип (в терминологии того времени) – формирование энергетических «кустов», т. е. энергосистем вблизи промышленно развитых районов.  Так возникла необходимость в разработке принципиально нового подхода к управлению электростанциями энергосистемы, а именно к созданию системы оперативно диспетчерского управления и календаря нагрузки электростанций. 

Что требовалось от дежурных инженеров, которые в будущем и станут диспетчерами и операторами?

– «контролировать, с записью в журнале, фактическую почасовую нагрузку каждой станции и в случае невыполнения задания немедленно выяснять причину такого отклонения;

 – при невозможности выполнения станцией задания по несению нагрузки в соответствии с графиком из-за токовой перегрузки электрической сети принять возможные меры по перераспределению нагрузки между остальными станциями; 

– в случае возникновения аварийной ситуации или потери генерирующего оборудования принять меры к «ликвидации расстройства электроснабжения» и обеспечить перераспределение нагрузки между остальными станциями».

Такая когнитивная нагрузка формировала новую профессию, которая интегрировала живого человека в систему энергетики как один из узлов принятия решений. Для создания диспетчерского пункта, откуда будет осуществляться непрерывное управление режимами работы энергосистемы, руководство МОГЭС выделяет определенные средства, которые расходуются на строительство дополнительного этажа здания Управления МОГЭС и техническое оснащение помещений диспетчерского щита и аппаратной средств связи и телемеханики. Тщательно рассматриваются и решаются вопросы по удобному для персонала размещению диспетчерского щита, пульта управления диспетчеров, освещению зала, обеспечению диспетчеров надежной связью с энергообъектами и получению информации о параметрах режима их работы

Появившиеся в начале XX века в некоторых странах диспетчерские центры энергосистем были оснащены технически крайне примитивно: лист ватмана с вычерченной схемой электрической сети, на котором диспетчер цветными карандашами отмечал изменение состояния оборудования и линий электропередачи, частотомер, телефонный аппарат и конторская книга – прообраз оперативного диспетчерского журнала.  Первый диспетчерский щит появился в Москве. Для основы щита чего только не предлагали: и металл, и мрамор, но в соответствии с велением того сурового времени, а также исходя из требований целесообразности остановились на толстой мебельной фанере. 

 Что там в СССР? Понятие эргономического «комбайна» и мнемосхемы

Так как исследование и описание мнемосхем в работе оператора энергетической системы сложный процесс, то в центре изучения должен находится «комбайн» для эргономических исследований — набор измерительных инструментов и аппаратуры для контроля за изменениями в работе испытуемого. Команда ТЭЦ и Венда достаточно подробно описывают, что должно быть в таком «комбайне»: замеры рабочего места (пульт, кресло, антропометрия рабочего места), приборы для замеров функциональности (скорость работы, надежность), замеры психофизиологии испытуемого(сдвиги), вычислительная техника для обработки результатов экспериментов, набор инструментов для замера внешней среды (освещение, цвет, вибрации), симулятор ситуаций (на УВМ или тренажере водительском), аппаратура сенсорной деятельности, аппаратура для замеров моторной деятельности.

Отдельно надо отметить наличие особенных параметров, которые замеряли в СССР - профессиограммы, описания и наборы психологических и профессиональных качеств сотрудника: его уровень подготовки и психологические качества.  Это богатое и древнее наследие психотехники 30ых годов: психотехник на заводе с секундомером замерял то или иное действие того или иного сотрудника с разным опытом, то в каких позах они работают, какие используют движения и перечень требований(в 30-ые в основном физического характера).  Пример профессиограммы психотехников эпохи 30ых выглядит примерно так: “для хорошей наждачницы нужны а) быстрота и ловкость движений б) мышечно-суставное чувство в) глазомер г) концентрация внимания д) быстрота и точность восприятия ”. Мы пока не будем останавливаться над историей психотехники, скажем лишь, что она была разгромлена специальным указом ЦК ВКП(б)  «О педологических извращениях» в конце 30ых. 

И книга Венды,-- именно в той мере, в какой он, не провозглашая никаких предписывающих формул, применяет к метод профессиограмм, позволяющий воспринимать работу и трудовую дисциплину как измеримые свойства, — подтверждает длительность и прочность такой формы знаний в советском проекте.

Эргономический комбайн Венды был своеобразной универсальной моделью работы и нативной средой для тестирования при проектировании интерфейсов и мнемосхем. При этом сами по себе интерфейсы сильно отличаются от типичных задач промышленного дизайна: в центре изучения и проектирования почти никогда не прибор, а та или иная знаковая система. Венда описывает символы в духе Морриса(но не цитирует, видимо, из-за идеологических рисков), разделяя все отношение к знакам на три уровня - синтаксическое(отношение знаков к друг другу), прагматическое(отношение знаков к человеку) и семантическое(отношение к обозначаемому).  Странно, но вполне в  духе времени критерием успеха СОИ предполагается наличие изоморфизма схемы или интерфейса обозначаемому объекту.  Гораздо более важно, что такая сигнальная функция для диспетчерского пульта и/или оператора должна быть в центре всего пульта, быть центральным элементом интерфейса.  

«Мнемосхемы автономных технологических агрегатов и узлов, представляющие связные объекты управления, которые необходимо воспринимать целиком, не отрывая глаза,  и при этом различать все цвета всех деталей, должны иметь максимальные размеры. Наибольший привлекающий  эффект должно иметь центрально пятно, изменение цвета которого характеризует изменение общего состояния агрегата.  Необходимая дополнительная информация  может подаваться оператору включением и выключением ахроматических световых сигналов в зоне периферического зрения»

Мнемосхемы и СССР

Каков уровень цитирования западных работ по юзабилити и HCI в советских книгах и учебниках? Он не очень высок, тем не менее, он есть —  команда ТЭЦ знакома с некоторыми западными работами об авиационной эргономике, которая выходила в США, например, переводы Макруэра(Duane Torrance "Mac" McRuer ), человека, который был одним из пионеров эргономики пультов управления самолетами и авиацией. Работа McRuer DT, Krendel ES (1962). "The man-machine system concept" была даже переведена, правда, найти этот перевод не так просто.  «Человек, выступающий в роли компонента системы управления, может быть описан в прагматичных инженерных терминах» - пафос такой статьи начала шестидесятых был в новинку.  Приоритезация сигналов для СОИ объясняется не важностью для бизнеса того или иного сигнала, а скорее скоростью подачи этих сигналов, законом распределения сигналов (по вероятности), очередью сигналов, которые должны быть идти на пульт управления. Почему не критичность проблемы или важность для бизнеса?   Это пока не очень понятно, хотя возможно дело в том, что пульт или диспетчерская объясняются еще как инженерное решение: хотя, как мы увидим ниже, от группы разработчиков мнемосхем ожидается представление модели организации и своеобразного энтерпрайза - понимания и описания систем в терминах того, что называют процессом нет. 

Гораздо интереснее выглядит попытка ограничить поток информации для оператора или диспетчера: задача мнемосхемы в том, чтобы информации было в нужных количествах.  Так как мнемосхемы нужны для контроля  системы, то число сигналов может приводить к ошибкам, усталости, монотонности (что, в общем, и существует в стандартах современных ISO).  Венда здесь вводит понятие “иррелевантной” информации: такой информации, которая не только не важна для оператора, но и которая не важна в данный момент.  Это позволяет сделать вывод о том, что выводить надо только часть мнемосхемы

Для этих целей лучше всего использовать проектор: буквально телевизионная съемка части мнемосхемы, телевизор как интерфейс для дисплея оператора ТЭЦ! 

Очевидно, что сменность мнемосхем или СОИ (средств отображения информации) — это инновация, которая была призвана облегчить когнитивную нагрузку оператора. Однако не следует придавать большого значения такого рода объяснениям: Венда и коллектив разработчиков на ТЭЦ не ссылаются на стандарты ISO и не уделяют много времени усталости оператора. Было бы не совсем верно описывать заботу об интерфейсе в терминах только заботы об операторе. 

“Попутно заметим, что применение сменных СОИ помогает не только избавить оператора от лишней информации, представляющей иногда шумовой фон, но и добиться динамичности СОИ за счет изменения ее структуры. Это в свою очередь повышает ориентировочную реакцию, являясь дополнительным средством повышения готовности оператора”. Здесь мы видим, что сменность мнемосхемы - это и способ создавать вместо одной мнемосхемы-интерфейса несколько схем с большей детализацией, и добиться повышения скорости реагирования оператора.  Кроме чисто информационной задачи (показать состояние системы), предполагается выводить и порядок действий — для этого упоминается КИСО-тип мнемосхем, “командно-информационного типа”, который выводит простейшие команды в виде стрелок, например, стрелка “открыть” и стрелка “закрыть”, крестики для “аварийного закрытия”. Оператор теперь видит приказы, а не состояние системы. 

Это, кажется, создает целый класс задач по превращению информационно-логических интерфейсов-мнемосхем в командно-информационные СОИ в тот или иной момент функционирования системы.   Насколько такие задачи были полностью реализованы на проектах с командами проектировщиков мнемосхем - вопрос для историка, во всяком случае такие попытки были реализованы на ТЭЦ-21.  При этом остается самый главный вопрос: как мнемосхемы отражали визуально структуру организации?  

В конце шестидесятых в книге по средствам отображения информации на ТЭЦ уже есть понимание, что потребители существуют в самом широком смысле этого слова и то, что каждый дизайн-проект должен быть оценен экономистами, эргономистами, искусствоведами, технологами. Перед нами выстраивается метафора того, что считают теорией дизайна в эти же годы на Западе:  художественное конструирование в книге Венды это дизайн, который стремится стать частью производственных процессов.  Схема эта вполне верна.  Но следует отметить то, как описывает работу и приоритеты сам автор. «В зависимости от назначения создаваемого изделия мнения различных специалистов могут быть иметь различный вес(ср. например кухонное оборудование и электровоз)». Стейкхолдеры или участники дизайна должны быть приоритезированы, должна быть строгая иерархия советского дизайна.  «Иерархия» зависит от класса создаваемых изделий: никакого убеждения в человекоориентированности и/или клиентоориентированности не должно нарушать того, что на первом месте может быть вовсе не клиент/пользователь, а технолог, бюрократ или эксперт.  Каждая иерархия может быть пересмотрена при проектировании нового изделия. 

Давайте рассмотрим определение дизайна для СОИ в советских диспетчерских пультах: 

«Художественное конструирование есть многообразная коллективная деятельность — исследовательская, проектно-конструкторская, технологическая, — связанная с применением методов формообразования в процессе оптимального синтеза систем “человек - машина - среда”, с учетом комплексного критерия оптимальности, с учетом комплексного критерия, включающего эргономические, технические, социологические, эстетические и экономические факторы». 

Такое определение этот показывает, что принцип “человек-машина” получил достаточно общее значение: во всяком случае, призыв описывать работу интерфейса диспетчерского пульта с точки зрения теории систем стал императивом многих отличных друг от друга доктрин и подходов в инженерной психологии и трудах ВНИИТЭ.  Что это за “человек-машина-среда” и как это связано с теорией систем, наверное, лучше написать отдельно, но в качестве широко распространенного императива это представление проникает очень глубоко в страницу книги Венды.

Аналогично перечисляются и способы работы команды проектировщиков при начале работы над интерфейсом. Разложим их в последовательности производственного процесса

1. Изучение технологического процесса (то, что в последние годы на рынке называют UX-исследованием)
2. Построение оптимальной иерархической структуры оперативного и диспетчерского управления
3. Анализ границ, функций и связей той ступени иерархической системы управления, для которой разрабатывается СОИ

Описание требований к роли специалиста для работ по проектированию диспетчерского пульта сводится к его универсалисткой роли: он должен обладать широкой эрудицией и гетерогенным опытом в различных отраслях.  

Средства отображения информации должны быть либо ассоциативными, либо абстрактными — это зависит от того насколько оператору требуется понимать данные, как часть реального объекта или это абстракция. По способу реализации  ассоциативные можно разделить на текстовые, индикационные или изобразительные, а абстрактные на знаковые, алгоритмические и структурные в зависимости от той абстракции, которые они представляют на мнемосхеме.  Все это в некоторой степени отсылает нас к дискуссии об аффордансах в интерфейсах, которые, как нам кажется, сами по себе являются продолжением спора номиналистов и реалистов в схоластике. 

Что такое аффорданс в дискуссиях специалистов по Human-Computer interaction? 

Есть две конкурирующие концепции о природе того, как именно отражается метафора предмета или функции в интерфейсе (или модели интерфейса). Концепция аффорданса впервые возникла в русле экологической философии Джеймса Гибсона, а Дональд Норман воспроизвел аффорданс в своей книге «Дизайн привычных вещей».   Если первый полагал, что животные и люди животные «берут образцы» информации из внешнего (амбиентного) мира и ведут себя в соответствии с эпистемологией на основании, то Дональд Норман был теоретиком дизайна и определял  аффорданс как свойство объекта, который подсказывает как этот предмет следует использовать;  некий визуальный ключ к его функции и использованию.  Аффорданс — это нечто из реальных и воспринимаемых свойств. Ручка у чайника, молоток, схожий с кулаком, некоторое «манящее качество воспринимаемых объектов

Гибсон же определял аффорданс как «возможность действия, доступная человеку в окружающей среде, независимо от способности воспринимать эту возможность».  Такая возможность вообще не зависит от способности субъекта воспринимать ее. 

Например, дверь можно открыть, но не будет никакого аффорданса вообще — даже ручки.  Но, что еще более важно аффорданс бывает у конкретного субъекта — это свойство человека, а не предмета.  Вор видит открытое окно и залезает в него с целью грабежа, ребенок видит открытое окно и смотрит на птиц.    Между этими двумя подходами  и лежит хитрое противоречие, которое отражается каждый раз в работах об интерфейсах независимо от знания или незнания хода научных дискуссий 70ых годов. 

Венда рекомендует использовать изобразительные интерфейсы для того, чтобы увеличить скорость работы операторов. Сами ассоциациативные мнемосхемы лучше основывать на внешнем сходстве знака с реальным объектом. Абстрактные интерфейсы в виде алгоритмических СОИ отображают действия операторов при возникшей ситуации. Структурные СОИ основаны на воспроизведении математической природы объекта в виде структуры объекта. 

Мнемосхема о которой чаще всего и идет речь на проектах ТЭЦ и советской традиции проектирования опыта пользователя и является изобразительным СОИ. Мнемосхема — это СОИ, которое представляет собой условное графическое изображение управляемого объекта, служащее для облегчения оператору запоминания функциональной схемы управления объектом, мысленного связывания показаний отдельных приборов, и других индикационных элементов. Это достаточно нетипичное требование в котором видно, что от оператора или диспетчера ожидается высокий уровень памяти и подготовки к запоминанию перед тем, как взаимодействовать с устройством.  Такие требования к мышлению оператора и определяют иерархию факторов при подготовке к проектированию мнемосхем и доктрин мнемосхем. 

Сокращение информации при проектировании мнемосхем это один из основных пунктов, как и эргономика, которая должна быть на первом месте в пирамиде иерархий. 

Отдельно описываются практики освещения и цвета при проектировании мнемосхем, достаточно много места в трактате.  Но я бы хотел обратить внимание на удивительный эстетизм художественного конструирования мнемосхем, которое отличает практики дизайнеров интерфейсов в СССР и в США и, которые, в последнем случае не всегда опирались на художественную традицию и на шедевры художников в рамках термина «техническая эстетика», многозначный термин, который объединяет под собой слишком большой круг тем, центральным из которых, все-таки является интерфейсы и промышленный дизайн

Опыт показывает, что создание СОИ, например типа мнемосхем, должно основываться на синтетическом использовании теории архитектурной композиции и изобразительного искусства (Фаворский, Маца, Гильдебрандт, Мондриан, Ван Дорен). Разработанные в этих областях композиционные средства, такие, как симметрия и ассиметрия, метр и ритм, нюанс и контраст, пропорции, масштаб, цвет, фактура, а кроме того специфические для информационной техники средства — изменения цвета и яркости, движение, смена изображений и др.

“Средства отображения информации” Стр. 155

Такой внезапный для технологической литературы (речь, напомню, идет о панели ТЭЦ!) ход подчеркивает определенное превосходство в творческом подходе советских специалистов.  После создания эргономического уровня с высокой целесообразностью проектировщиками предполагается художественная “композиция” интерфейса, которая учитывает каноны прошлого.  На первом этапе создается полуфабрикат интерфейса (то, что можно назвать прототипом интерфейса), на втором установка шлифуется. 

Венда описывает основные принципы проектирования СОИ и достаточно подробно их перечисляет: 

1. Лаконичность в русле всех проблем экономии информации, о которых многократно речь шла выше 
2. Принцип обобщения и унификации. Не следует помещать элементы, которые несущественны или которые могут быть многозначны
3. Принципы акцента на элементах контроля и управления. Необходимо цветом и размером выделять наиболее важные элементы управления. 
4. Принцип автономности. Части СОИ следует обособить и выделить от других частей
5. Принцип структурности. Каждая часть СОИ должна иметь четкую и легко запоминающуюся структуру, отражающую характер и структуру объекта
6. Принцип пространственного соотнесения элементов контроля и управления.  Индикаторы на панели должны быть соотнесены рядом с элементами управления этими объектами
7. Принцип использования привычных ассоциаций и стереотипов. Как кажется, это то, что в наши дни называют узнаваемостью метафор

Художественная композиция мнемосхем. Эксперименты Малевича 

Одним из основных требований к проектированию мнемосхем является расположение большего числа элементов в центре самой схемы или интерфейса у оператора или диспетчера. Элементы должны быть расположены концентрически вокруг центра - там, где будет максимальное внимание оператора

Команда ТЭЦ-21 пытается повторить смелые эксперименты Казимира Малевича: Т.М. Перцева была в прошлом сотрудницей ГАХН - достаточно своеобразного органа, который занимался в том числе художественным конструированием до 1931 года, который больше занимался искусствоведением.  О ней мало что известно, но к концу 60ых она становится сотрудников команды ТЭЦ-21 и привносит нотки супрематизма в теорию интерфейсов, которые экспериментально проектируются под руководством Венды

В основу брался несколько видоизмененный вариант одной из композиций Малевича, порядок обзора которой “довольно точно определяется соотношением площадей и форм элементов: от большого квадрата вниз к тонкому треугольнику, затем по дуге, далее, взгляд переходит к маленькому квадрату и возвращается к большому квадрату”.  Такая композиция производит эффект движения, придает композиции динамизма.  В другом эксперименте была воспроизведена композиция с маленькими квадратами-элементами интерфейса

Кроме симметрии и асимметрии важную роль в экспериментах играет ритм и число пауз в графическом интерфейсе пользователя: ритмические акценты расположения элементов интерфейса являются предметом интереса еще и потому, что позволяют осмыслить вторую часть выражения “техническая эстетика”, предполагая реальное существование эстетических критериев — прежде всего, здесь интересно сравнение с музыкальной теорией.

Для ритма в интерфейсе используются следующие ограничения: нечетность числа элементов для восприятия интерфейсов как более “ритмичных”: ощущение ритма при этом, по замыслу авторов, должно быть создано не только и не столько расположением элементов на приборной доске, но и при выполнении действий оператора при взаимодействии с диспетчерским пультом и выполнения ряда задач.  “Отличие от музыкального произведения в том, что СОИ может читаться с левого или правого конца”, но ритмичность действий оператора еще зависит от того как остановлен ритм, т.е. как заканчивается ряд элементов интерфейса

Что использовалось для работы с ритмом?

1. увеличение интервалов между элементами
2. усиление акцента на центральных элементах интерфейса
3. включение в крайние группы инородных предметов, крупных табло-регистраторов и так далее

Все это служит не только увеличению эстетического содержания, но и облегчению восприятия элементов на приборной панели.