Лабораторный эксперимент может быть двух видов: синтетический и аналитический. При синтетическом эксперименте исследователи пытаются воспроизвести возможно более точно все цели и условия данного вида трудовой деятельности. Обычно для этого используют различные стенды, тренажеры, имитаторы. Между моделью и реальным объектом должно быть существенное сходство в главном и несущественное - в остальном. Модель может представлять собой специализированное устройство или выполняться на базе компьютера. Стенд содержит также аппаратуру, регистрирующую состояние и результаты работы оператора, а также результаты поведения машины. Сигналы с регистрирующей аппаратуры поступают в компьютер, который по специальной программе в реальном масштабе времени вычисляет характеристики поведения объекта, показатели состояния и работы оператора, выходные характеристики системы "человек - машина".
При аналитическом эксперименте в лабораторных условиях воспроизводят только какой-то один элемент трудовой деятельности, все остальные элементы при этом сознательно исключаются. Этот вид эксперимента обычно применяется для изучения влияния различных условий на отдельные элементы деятельности. Разновидностью аналитического лабораторного эксперимента являются тестовые испытания. Тестом называется задача или задание, с помощью которых проверяется уровень развития у оператора того или иного психофизиологического качества. Тесты могут быть бланковыми (письменными) или аппаратурными. Последние позволяют более полно оценить качества оператора, однако они требуют больших материальных затрат на изготовление и эксплуатацию.
Тестовые испытания применяются для решения задач профессионального отбора (с их помощью определяется у испытуемого степень выраженности того или иного психологического качества), контроля состояния оператора (по изменению результатов выполнения теста судят об изменении состояния) и при правильном их применении дают неплохие результаты. Однако значение тестов нельзя абсолютизировать, подменять ими другие виды изучения деятельности оператора. Поэтому к проведению тестовых испытаний следует подходить с большой осторожностью, ими ни в коем случае нельзя подменять другие виды психофизиологического исследования человека. Однако в сочетании с другими методами данные тестовых испытаний могут дать весьма ценный материал для изучения психофизиологических качеств человека-оператора.
Одним из наиболее продуктивных методов изучения деятельности оператора является естественный эксперимент. В лабораторном эксперименте отсутствует главный и весьма принципиальный момент моделирования: возможность изучения отношения испытуемого к своей деятельности, которое колеблется в широких пределах от повышенной настороженности до несерьезности. В естественном эксперименте испытуемый трудится, не зная, а чаще всего забывая, что он является объектом исследования.
Естественный эксперимент может проводиться в различных формах. Простейшей формой естественного эксперимента является решение "вводных задач". Лучший результат можно получить в том случае, если эти отклонения незаметно для испытуемого вводятся в трудовую деятельность, например изменение регулировки, имитация неисправности и т. д.
Одним из методических приемов естественного эксперимента является направленное изменение структуры изучаемой трудовой деятельности. Смысл его состоит в том, что при выполнении определенного вида деятельности по заранее задуманному плану выключаются по очереди отдельные анализаторы, меняется рабочая поза, вводятся дополнительные раздражители, отвлекающие внимание оператора, изменяется эмоциональный фон деятельности и ее мотивы и т. п. Данный методический прием позволяет оценить роль этих факторов в структуре изучаемой трудовой деятельности. Давая наиболее достоверный материал об изучаемой деятельности, естественный эксперимент все же не может быть применен во всех случаях. Прежде всего речь идет о проектировании СЧМ, когда реальная система еще не создана. Но даже и в существующих СЧМ его возможности могут быть ограничены, так как не всякая интересующая исследователя ситуация может быть воссоздана в эксперименте. Поэтому естественный эксперимент часто также дополняется результатами других видов исследования.
Рассмотренные выше варианты моделирования операторской деятельности могут быть применены лишь в реально существующих СЧМ или при наличии их макетов, имитаторов, испытательных стендов.
Математическое моделирование применятся для формализованного описания и построения математических моделей деятельности оператора (функционирования СЧМ).
К математическим методам моделирования в психофизиологии предъявляются следующие требования: размерность (описание процессов управления со многими взаимосвязанными переменными), динамичность (учет фактора времени), неопределенность (учет случайных, вероятностных составляющих в деятельности оператора), факторность (учет специфических особенностей поведения человека, например напряженности, эмоций и т. д.), описательность (возможность описания внутренних, психофизиологических механизмов деятельности человека). Кроме того, применяемые методы должны допускать возможность описания деятельности человека и работы машины с помощью единых показателей и характеристик.
Основной недостатком широкого использования методов математического моделирования является то, что они удачно описывают лишь определенные стороны деятельности оператора. Поэтому при решении психофизиологических задач очень часто приходится применять комбинацию тех или иных методов. Особенно широкое применение в последнее время приобретает сочетание естественного эксперимента с математическими моделями деятельности оператора. В этом случае, с одной стороны, математические модели применяются для получения априорных данных об исследуемой деятельности. С другой стороны, эти модели строятся как результат эксперимента, и дальнейшее изучение деятельности проводится с помощью моделей без продолжения эксперимента.
Рассмотренные выше методы моделирования операторской деятельности в ряде случаев не могут быть использованы для изучения и анализа деятельности оператора. Это обуславливается следующими положениями:
Применение математических методов в процессе проектирования СЧМ, как правило, позволяет лишь приближенно оценивать деятельность оператора, поскольку эти методы не позволяют учесть целый ряд особенностей деятельности оператора. Попытки учета этих особенностей приводят к существенному усложнению модели. При этом может получиться, что аналитическое решение задачи оказывается либо принципиально невозможным, либо связанным с большими теоретическими и вычислительными трудностями.
Применение экспериментальных методов в процессе испытаний и эксплуатации СЧМ также не всегда оказывается возможным. Это может быть связано с опасностью для здоровья или жизни людей, невозможностью экспериментального воспроизведения некоторых ситуаций, с большой сложностью или стоимостью эксперимента.
В этих случаях весьма полезные результаты дает применение статистического моделирования. Оно базируется на методе статистических испытаний. Метод основан на розыгрыше (имитации) воздействия случайных факторов на деятельность оператора и функционирование СЧМ непосредственно в ходе моделирования. Этим объясняется другое название метода - имитационное моделирование.
Смысл метода заключается в многократной реализации с помощью компьютера моделируемого процесса. Каждая реализация носит случайный характер. Достоверность окончательного решения достигается статистической обработкой промежуточных результатов по множеству реализаций. Из этого следует, что имитационные методы занимают промежуточное положение между экспериментальными и математическими методами. По способу получения данных о деятельности оператора метод является математическим, а по характеру их получения и использования он копирует экспериментальный метод. Поэтому имитационные методы называют также машинным или математическим экспериментом.
Применение имитационных методов моделирования позволяет избежать многих недостатков экспериментальных и математических методов. С одной стороны, имитационные методы позволяют получить сравнительно высокую достоверность результатов моделирования уже на ранних этапах проектирования СЧМ. С другой стороны, математический эксперимент работает и в тех случаях, когда эксперименты с реальными объектами сильно затруднены, а порой и вовсе невозможны. Кроме того, в ряде случаев его стоимость может оказаться гораздо ниже, чем стоимость эксперимента.
В настоящее время метод имитационного моделирования широко используется в различных областях, при этом его применение имеет ряд особенностей:
в основании имитационного моделирования СЧМ лежит представление о производственной деятельности оператора как совокупности отдельных действий. Последовательность этих действий должна быть известна (однозначно или в вероятностном плане). При этом предполагается, что в пределах заданных ограничений операторы будут действовать согласно предписаниям. Эти предписания могут быть детерминированными или вероятностными;
описание каждого действия предельно упрощено:
задается вероятность время его выполнения, учитываются обобщенные показатели эффективности (качество выполнения, стоимость и др.). Психические процессы, регулирующие выполнение отдельного действия, при этом, как правило, не рассматриваются. Такое упрощение имеет определенное преимущество, поскольку позволяет отчетливее проследить внешние связи и взаимную согласованность отдельных действий, выявить влияние фактора времени, способствуя обнаружению основных источников изменения эффективности СЧМ; многие характеристики деятельности оператора носят вероятностный характер. Поэтому введение в модель элемента случайности резко повышает ее эффективность, так как позволяет получить не только детерминированные оценки результатов деятельности оператора, но и их законы распределения; отличительной чертой имитационных моделей по сравнению с другими моделями СЧМ является упор на использование и учет внешних проявлений психологических факторов.