ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ОРГАНИЗАЦИИ ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ ВОЕННЫХ НАУК

№ 3(20)/2007

Е.И.ДОЛГОВ,

доктор военных наук,

действительный член АВН

Б.А. ФИСИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ОРГАНИЗАЦИИ ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Вооруженные Силы РФ в настоящее время переживают настоящую эпоху информатизации систем управления войсками. Перед конструкторами автоматизированных систем (АС) военного назначения (ВН) и военной наукой стоит широкий спектр задач, от успешного решения которых напрямую зависит эффективность применения средств автоматизации, в первую очередь, в боевой обстановке. К их числу наряду с алгоритмизацией оперативно-тактических расчетных задач необходимо отнести задачу организации человеко-машинного взаимодействия при выполнении вычислений средствами автоматизированных рабочих мест (АРМ) из состава АС ВН.

Уровень современных технологий человеко-машинного взаимодействия позволяет в широком диапазоне варьировать методы ввода-вывода данных, исходя из условий работы человека-оператора. Выбор конкретных методов реализации пользовательского интерфейса зависит от используемой аппаратно-программной платформы и системотехнических требований, предъявляемых к организации человеко-машинного взаимодействия в рамках автоматизированной системы. В настоящей статье предполагается рассмотреть, во-первых, требования к интерфейсу пользователя АС ВН, сформулированные на основе опыта авторов по разработке и тестированию специального программного обеспечения (СПО), разработанного как для АС ВН, так и имеющего народнохозяйственное предназначение. Во-вторых, в статье предполагается сформулировать технологически обоснованные предложения по реализации сформулированных требований. И, в-третьих, в настоящей статье будут рассмотрены достоинства и недостатки основных подходов к организации интерфейса пользователя в современных АС (в первую очередь военного назначения). Несмотря на то, что в общем случае каждый из этих подходов не исключает остальных в рамках одной АС ВН, предъявляемое требование единообразия приводит к тому, что в каждой из них применяется один из них.

Взаимодействие человека-оператора и вычислительного устройства в конечном счете сводится к вводу исходных данных, запуску на выполнение соответствующего программного кода и получению результатов вычислений. При этом процесс человеко-машинного взаимодействия должен отвечать ряду требований (рис. 1).

1. При работе в АС ВН необходимо свести к минимуму объем ввода информации с клавиатуры. Этот метод, во-первых, наиболее подвержен ошибкам, которые в условиях боя могут привести к непоправимым последствиям, во-вторых, этот метод является слишком медленным, а в боевой обстановке представляется целесообразным снижение временных издержек и, в-третьих, клавиатура для удобной работы требует твердой горизонтальной поверхности, что в общем случае увеличивает пространство, занимаемое АРМ. Для стационарных комплексов это заметной роли не играет. В мобильных же комплексах приобретает весьма большое значение, поскольку внутренний объем командно-штабной машины строго ограничен.

2. Поскольку вычисления могут протекать относительно длительный срок, обстановка же меняется непрерывно, человек-оператор должен в каждый момент времени иметь возможность проверить соответствие истине любого из компонентов исходных данных, при необходимости изменить его значение и перезапустить вычислительный процесс.

3. По возможности необходимо применять графическое представление информации (графики, диаграммы, гистограммы, тактические и специальные знаки, нанесенные на электронную топографическую карту, и т. д.), поскольку графическое изображение воспринимается человеком быстрее, нежели массив чисел и буквенных символов. При невозможности уйти от табличного и/или полнотекстового представления информации представляется целесообразным выделять измененным шрифтом качественные

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ОРГАНИЗАЦИИ ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

характеристики параметров («хорошо»-«плохо», «слишком много»-«слишком мало»-«норма» и т.д.), что позволит человеку-оператору сконцентрироваться на «узких местах», требующих немедленного вмешательства, не подвергая одинаково подробному анализу весь массив информации.

4. Результаты должны выдаваться в виде, сводящем к минимуму время, необходимое для их осознания человеком, то есть неприемлемо выдавать результаты в виде многостраничных документов (как табличных, так и полнотекстовых). Предпочтительным является выдача результата в виде краткого резюме, с возможностью доступа к более детальной информации при необходимости.

5. Промежуточные результаты, используемые в дальнейшем другими компонентами специального программного обеспечения (СПО), должны сохраняться автоматически, без участия оператора. Это необходимо даже в том случае, если результат работы одного компонента СПО используется другим компонентом через значительное время после получения результата.

6. Интерфейс должен быть построен таким образом, чтобы свести к минимуму время, необходимое на обучение неподготовленного пользователя, что должно достигаться обилием контекстных подсказок и достижением интуитивной понятности функционирования интерфейса.

Рассмотрим теперь научно-методические возможности практического удовлетворения приведенных выше требований.

Первое требование может быть реализовано посредством внедрения электронного документооборота. На первых порах, пока должностные лица не будут полностью доверять электронным способам обмена данными и подтверждения подлинности документов, это может быть реализовано следующим образом. Информация передается на учтенных машинных носителях информации при одновременной передаче адресату соответственно оформленной бумажной копии документа, с которой при необходимости можно было бы свериться. В рабочих группах, между АРМ членов которых организована локальная сеть, организуется доступ к разделяемым данным через сетевой файл-сервер или сервер базы данных (БД). Сканеры и сопутствующие им средства распознавания текста не дают достаточной для системы управления войсками надежности, поэтому при их использовании обязательной является «ручная» проверка соответствия бумажного документа и электронной копии. Такая проверка всегда является длительным и кропотливым процессом, поэтому данный способ можно рассматривать как резервный или дополнительный.

Второе требование может быть выполнено при добавлении соответствующей функциональности в разрабатываемый компонент СПО. Обработка данной ситуации типична для программного обеспечения, ориентированного на интерактивное взаимодействие с пользователем. Современные объектно-ориентированные языки программирования реализуют возможности прерывания выполнения расчетов и перенастройки информационно-вычислительного процесса посредством создания различного рода таймеров, обработчиков событий, слотов и соответствующих им сигналов и прочее. Однако при всем многообразии возможностей на этапе технического проектирования СПО такая возможность должна быть предусмотрена, для чего необходимо данное требование вносить в тактико-технические задания на соответствующие опытно-конструкторские работы.

Выполнение третьего требования не должно вызвать сложностей, поскольку современный уровень развития графических средств вывода, входящих в состав офисных пакетов, вполне достаточен для удовлетворения потребностей самого взыскательного пользователя. Однако при решении конкретных практических задач необходимо помнить о данной особенности человеческого восприятия. Также необходимо обратить внимание на стандартизацию способов и методов отображения однотипной информации в различных компонентах СПО.

Выполнение четвертого требования технологически также не составляет труда. Однако доступными средствами не всегда эффективно пользуются, поскольку конструкторами не придается большого значения внешнему виду выдаваемых данных, если выдаваемые данные соответствуют алгоритму. Наиболее пристальному исследованию этот вопрос подвергается при проектировании проблемно-ориентированных ситуационных центров. При этом подход к решению задачи носит иерархический характер от общего к частному. То есть человеку-оператору сигнализируется о наличии проблемы, требующей его вмешательства. На первом этапе выдаются вкратце самые общие характеристики проблемы, затем при необходимости оператор может запросить дополнительные данные, которые выдаются в виде незначительного по объему сообщения. Такой процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока оператору не будет в полном объеме ясна суть проблемы и порядок действий по ее решению. После этого оператор предпринимает практические шаги по решению проблемы.

 Выполнение пятого требования подразумевает необходимость организации в рамках АС ВН единого хранилища данных. Это позволит унифицировать средства обеспечения доступа к данным и их резервного копирования и восстановления. Традиционно эта задача решается средствами реляционной СУБД. Этот тип СУБД совмещает в себе высокую надежность, простоту и гибкость языка доступа и обработки данных и совершенные средства резервного копирования и разграничения доступа к данным.

Формулировка шестого требования говорит сама за себя. Легкость освоения программного обеспечения традиционно достигается следующими средствами:

- стандартным (и, следовательно, предсказуемым) расположением элементов управления в окне программы;

- наличием подробной контекстной справочной системы;

- использованием для меток и подсказок только понятных терминов, при применении сложной терминологии должны быть разъяснения в документации с контекстным доступом.

Таким образом, нами рассмотрены основные требования к организации человеко-машинного взаимодействия в АС ВН и проанализированы возможности выполнения этих требований стандартными средствами аппаратного и в первую очередь общего программного обеспечения. Также определены ключевые моменты, на которые необходимо обратить внимание при практическом обеспечении эффективной работы интерфейса пользователя компонентов СПО для АС ВН. Многообразие задач, решаемых современными АС ВН, не позволяет выработать оптимального рецепта для каждого случая, тем не менее многие ведущие разработчики программного обеспечения (например, Майкрософт) разрабатывают стандарты пользовательского интерфейса, тестируют программное обеспечение сторонних производителей и выдают соответствующие сертификаты. В сфере разработки СПО для АС ВН эта работа еще предстоит.

Рассмотрим теперь основные технологии создания пользовательского интерфейса.

Исторически первым подходом к интерактивному взаимодействию с пользователем является консольный ввод-вывод. Этот подход подразумевает обмен данными с помощью функций командной строки (пример - команды MS DOS и UNIX) и не требует использования каких-либо графических возможностей. Получив приглашение операционной системы (ОС), пользователь вводит имя команды (исполняемого файла прикладной программы) и разделенные пробелами параметры выполнения этой программы. Затем программа может запросить какие-либо дополнительные данные во время выполнения. Сообщения программы и результаты расчетов выводятся в алфавитно-цифровом виде на экран монитора. Если исходные данные и/или результаты велики по объему, применяется файловый ввод-вывод.

Значительный срок существования этого подхода не позволяет сделать вывод, что он устарел и не является перспективным. Справедливость данного утверждения подтверждается чрезвычайно гибким набором консольных утилит UNIX (Linux, МСВС). Особую гибкость применяемому в указанных ОС системному программному обеспечению с консольным интерфейсом придает не столько их мощнейшая функциональность1, сколько предлагаемые способы комплексирования этих утилит. К числу этих способов принадлежат перенаправление потоков ввода-вывода, каналы и чрезвычайно гибкий язык сценариев shell2. Использование комбинации этих способов во многих случаях позволяет обойтись вообще без необходимости разработки программы на алгоритмическом языке. Вместо этого в сценарии оболочки (shell) объединяется функциональность двух и более уже существующих программ, которых для UNIX за 35 лет ее существования написано великое множество.

Основным достоинством консольного ввода-вывода является нетребовательность к системным ресурсам и красота реализации, недоступная для приложений с графическим интерфейсом гибкость организации потоков ввода-вывода, когда пользователь, творчески подошедший к организации информационно-вычислительного процесса, может использовать существующую утилиту для целей, не предполагавшихся ее авторами.

Предсказуемым недостатком консольного ввода-вывода является предъявление высоких требований к квалификации человека-оператора. Массовое распространение UNIX-клона Linux и принятие Linux-подобной ОС МСВС в качестве основной для АС ВН привело к смещению акцентов в сторону графического интерфейса пользователя, типичного для ОС Windows. Это привело к тому, что в практику разработки программ для Linux (и МСВС) вошел подход написания графических оболочек для существующих консольных команд (например, менеджер rpm-пакетов, менеджер процессов и проч.). Написание таких оболочек в большинстве случаев проще, нежели разработка новой программы. Консольный же ввод-вывод был и остается уделом профессионалов - системных администраторов и программистов.

Необходимость предоставления оператору-неспециалисту более простого и понятного интерфейса пользователя при недостатке системных ресурсов привели к разработке псевдографического интерфейса, примером которого могут служить популярнейший в свое время файловый менеджер Norton commander и редактор текстов Лексикон.

 Данный подход необходимо отнести к переходным. Смысл псевдографики заключается в том, что графические построения, формирующие интерфейс пользователя, осуществляются с использованием исключительно псевдографических символов, предоставляемых загруженной таблицей знакогенератора. При этом пользовательский ввод в большинстве случаев обрабатывается программой на уровне нажатия клавиш. Видеосистема в графический режим не переводится.

Достоинством этого подхода является нетребовательность к системным ресурсам при более понятном пользователю способе организации обмена данными (Norton предоставил пользователю более простой способ управления файловой системой, нежели команды DOS). К недостаткам следует отнести сложность одновременной работы с несколькими прикладными программами, даже если ОС поддерживает многозадачность. В МСВС эта проблема решается с помощью одновременной работы в нескольких сеансах, однако такой подход затрудняет обмен данными между приложениями. Кроме того, недостатком указанного подхода является ограниченность используемого способа визуализации элементов управления пользовательского интерфейса набором символов кодовой таблицы знакогенератора и ограничением допустимого количества знакомест на экране монитора. Это ограничивает количество одновременно отображаемых элементов управления и количество вариантов их внешнего вида.

Дальнейшим развитием идей псевдографического интерфейса является графический интерфейс пользователя. Его разработка связана с возникновением графической оболочки (впоследствии - операционной системы) Windows 3.11 и клиент-серверной системы графического интерфейса X-Server в системе UNIX. В системе Windows графический интерфейс является встроенным. В UNIX/Linux-системах (и в МСВС) графический интерфейс может и отсутствовать. Использование графического интерфейса обусловливает переключение видеосистемы компьютера в графический режим. Этот режим предполагает, что видеопамять компьютера содержит информацию о цвете каждой точки (пикселя) монитора. Количество пикселей определяется разрешением экрана. Необходимо отметить, что работа в графическом режиме поддерживает использование программ с консольным и псевдографическим интерфейсом.

Однако на стадии систем графического интерфейса пользователя прогресс не остановился. Развитием технологий интерактивного взаимодействия с пользователем является сервер приложений (application server), функционирование которого базируется на web-технологии (средствами CGI-интерфейса и технологии Java). Код приложения располагается на сервере в виде откомпилированных программ, java-апплетов или сценариев серверной стороны (на языках Perl, PHP, ASP, JSP и др.). Вызов приложения производится посредством перехода по соответствующей гиперссылке или ввода в строку адреса соответствующего URL. Интерфейс пользователя формируется средствами Web-браузера. Набор элементов управления в общем тот же, что характерен для графического интерфейса. Понятно, что для функционирования Web-браузера требуется доступ к графической среде.

Преимуществом этого подхода является перенос всей специальной функциональности на сервер приложений. На клиентских вычислительных машинах должен функционировать только Web-браузер (и, конечно же, операционная система). При организации загрузки операционной системы через сеть с того же сервера в качестве клиентских ЭВМ можно использовать «тонкие клиенты» - ЭВМ, не снабжаемые встроенными жесткими дисками. Количество одновременно работающих клиентов технологией не ограничивается и зависит исключительно от производительности сервера. Концентрация всей специальной функциональности значительно упрощает конфигурирование информационно-вычислительного процесса, поскольку изменения, внесенные на сервере, приводят к одновременным изменениям на всех клиентах.

Не менее важным достоинством указанной технологии является чрезвычайная гибкость интерфейса и весьма широкие возможности по его адаптации к запросам пользователя. Эта особенность опирается на широкий спектр существующих технологий разработки приложений для сервера, часть из которых была перечислена выше.

Недостатки указанной технологии, как это часто случается, являются обратной стороной ее достоинств. Один из наиболее серьезных заключается в концентрации всей специальной функциональности для всех клиентов на одной ЭВМ - сервере. Следствием выхода сервера из строя может явиться прерывание информационно- вычислительного процесса, сопровождающееся потерей данных. Задача устранения этого недостатка чаще всего решается методом резервирования аппаратных средств - установкой «зеркальных серверов», между которыми с определенной периодичностью совершается репликация данных. Степень готовности резервного сервера заменить основной во многом определяет степень надежности АС в целом.

Таким образом, в настоящем исследовании рассмотрены основные существующие технологии организации интерактивного человеко-машинного взаимодействия, используемые в АС народнохозяйственного назначения. В современных АС ВН наибольшую популярность снискал в настоящее время графический интерфейс пользователя. Однако представляется необходимым при проектировании АС ВН более гибко подходить к решению вопроса о разработке интерфейсных компонентов с применением всего многообразия существующих технологий, что, несомненно, является залогом достижения максимального удобства при оптимальной производительности. Перспективным направлением исследований в затронутой области является исследование возможностей объединения функциональности двух или нескольких подходов, имея целью поддерживать непрерывность вычислительного процесса в условиях нарушения функционирования части аппаратно-программных средств ввода-вывода.

ЛИТЕРАТУРА

1. Баррет Д. Linux: основные команды. Карманный справочник. М.: Издательство O'Relly, 2005.

2. Linux и UNIX: программирование в shell. Руководство разработчика. Киев: BHV, 2001.


Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

  • <a href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX" data-mce-href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX">InstaForex</a>
  • share4you сервис для новичков и профессионалов
  • Animation
  • На развитие сайта

    нам необходимо оплачивать отдельные сервера для хранения такого объема информации