В последнее время широкое распространение получили системы автоматического управления технологическими процессами (САУТП), которые позволяют как управлять технологическим процессом, так и проммоделировать его ход. Существует множество различных САУТП для использования во многих отраслях человеческой деятельности: ядерной энергетике, металлургической промышленности и тп. Большинство этих процессов имеет сложный и непредсказуемый характер, что делает необходимым моделирование любого возможного варианта протекания процесса.
     В качестве примера САУТП выступает система DIVA, которая специализирована для моделирования химических процессов. Данная система была разработана в 1987-1990 гг. в институте системной динамики и управления Штутгартского университета, одним из первых ее применений стал тренажер для учебного центра фирми BASF.[5] Языком реализации САУТП стал язык FORTRAN, а операционной системой для которой она разрабатывалась - UNIX. В Украине DIVA используется для изучения и анализа уксусной кислоты на северодонецком предприятии "Азот".
     DIVA как среда моделирования позволяет осуществить моделирование огромного количества задач химической промышленности, с ее помощью решается проблема выбора конечного варианта при проектировании технологического процесса или технологического аппарата вообще, также эта система позволяет учесть такие влиятельные факторы, как энергозатраты и материалоемкость процесса.
     Однако эта система обладает одним существенным недостатком - взаимодействие с системой осуществляется посредством интерфейса командной строки, она довольно сложна для использования и "недружелюбна " по отношению к пользователю: все необходимые операции осуществляются путем запуска отдельных команд, список которых очень сложно запомнить. Общеизвесной альтернативой интерфейса командной строки вывступает графический. Учитывая вышесказанное, целью работы является разработка такого интерфейса пользователя, который был бы в максимальной степени соответсвовал реальному процессу, был наглядным и информативным, гибким и позволял бы быстро овладеть навыками работы с системой даже неподготовленному пользователю.

     История развития интерфейсов пользователя.
    Перед тем как перейти к анализу самой проблемы, следует сначала осуществить короткий обзор этапов развития интерфейсов пользователя. Можно виделить следующие этапи:

• первый этап развития интерфейсов приходится на 50-е и до середины 60-х, когда весь процесс общения человека с машиной осуществлялся с помощью перфокарт или перфоленты. Естественно, что такая форма общения была малоэффективной, так как требовала от человека спецыальных знаний и занимала много времени;
• на следующем этапе главным способом ввода информации стала клавиатура. Ресурсы машин этого времени были довольно ограничены, поэтому при разработке программного обеспечения все внимание сосредотачивалось на их оптимальном использовании. Логично, что вопрос разработки интерфейса пользователя не был актуален. В этот период общение человека с машиной осуществлялось при помощи командной строки. В качестве примера можно привести ОС UNIX или PC-DOS, в основе которых лежит именно этот механизм общения. Моделирующая среда DIVA разрабатывалась для использования под управлением ОС UNIX, поэтому вполне естественно, что ей свойственен именно этот тип интерфейса. Данный принцип был основным до начала 80-х годов, а некоторые современные ОС поддерживают его и в настоящий момент;
• мы получаем около 70% всей информации за допомогою зору [9], следственно сам собой напрашивается вывод о необходимости максимального использования зрительного аппарата человека для наиболее эффективной работы с машиной. Поэтому еще в 70-х годах имели место попытки отойти от стандартного интерфейса командной строки и разработать легкий для понимания и простой в использовании интерфейс, который позднее получил название графический интерфейс пользователя или GUI (Graphic User Interface). С развитием аппаратного обеспечения, когда вопрос экономии ресурсов утратил свою актуальность, на смену операционным системам UNIX, MS DOS и др. с интерфейсом командной строки появляются LINUX и WINDOWS соответственно, в основу которых был положен принцип организации экрана как рабочего стола, а большинство команд были заменены графическими образами. Управляющими элементами здесь стали окна, кнопки, иконки и т.д., а главным рабочим устройством стал манипулятор "мышь". Все это сделало работу с компьютером легкопонимаемой и общедоступной, так как теперь не было необходимости помнить весь список команд - большинство управляющих элементов по своей сущности являются информационно самодостаточными. Так, например, кнопка с изображением знака вопроса означает вызов справочной системы. Следом за ОС этого принципа стали придерживаться и при разработке других программных продуктов. В настоящий момент развитие графических интерфейсов идет по пути перехода к трехмерной графике, особенно рьяно в этом направлении движется корпорация Microsoft, которая уже осуществила некоторые попытки в своем новом программном продукте Windows XP, и использовании голосовых команд.

     Факторы оценки качества разрабатываемого интерфейса.
    Существует четыре основных (все остальные - производные) критерия качества любого интерфейса, а именно: скорость работы пользователя, количество ошибок вызванных человеком, скорость обучения и субъективное удовлетворение пользователя (т.е. соответствие интерфейса задачам пользователя является неотемлимым свойством интерфейса).[10] Рассмотрим каждый из названых факторов отдельно.
    Одним из главных критериев исполнения работы является эффективность интерфейса. Продолжительность исполнения работы включает продолжительность восприятия исходной информации, продолжительность интеллектуального труда, продолжительность физических действий пользователя и времени реакции системы. Однако, как правило, учитывая уровень развития аппаратных средств в настоящее время, последний фактор можно рассматривать как несущественный.[10]
    В 1983 году Ньювелом, Кардом и Мораном была разработана методика оценки скорости работы с системой, которая была названа GOMS (Goals, Operators, Methods, and Selections Rules). [8]
    Идея метода заключается в следущем: сначала весь диапазон действий пользователя разбивается на атомарные составляющие (например, один клик мышью), затем определяется время выполнения пользователем каждого действия. Эта величина определяется путем определения среднего значения выполнения некоторой операции большим количеством пользователей. На основе этих данных определяется время исполнения всего процесса: каждой неделимой составляющей ставится в соответствие время ее выполнения, а потом все временные промежутки суммируются. Таким образом можно определить наиболее эффективный по времени вариант реализации интерфейса пользователя.
    Рассмотрим пример приведеный В.В. Головачем [10]: необходимо сохранить файл "Untitled-1" в текущем каталоге и выйти из программы. Диалоговое окно имеет вид представленный на рисунке:


    Если задачу разложить на отдельные действия, то вся последовательность действий будет иметь такой вид:

Действие	Продолжительность
пользователь анализирует свою задачу и составляет алгоритм ее решения	1,2
перемещение курсора в меню Файл	1,1
клик на кнопке мышью	0,1
в открытом меню пользователю необходимо найти необходимый элемент (а также выбрать команду Сохранить или Сохранить как…)	1,1
клик на кнопке мышью	0,1
время реакции системи - открывается диалоговое окно сохранения файла	0,1
появляется диалоговое окно и пользователь должен рассмотреть его и обдумать дальнейшие действия	1,2
перемещение курсора в поле ввода названия файла	1,1
клик мышью для перемещения фокуса ввода	0,1
пользователь должен ввести название сохраняемого файла	1,2
перемещение руки с мыши на клавиатуру	0,4

    По этим данным можно вычислить время выполнения всей задачи, в нашем случае оно составляет 16,08 секунд.

    Человеку свойственно ошибаться, поэтому следующим критерием оценки интерфейса является количество ошибок за счет человека. Целью работы является разработка графического интерфейса пользователя для системи автоматического управления сложным химическимм процессом, поэтому каждая ошибка может привести к катастрофическим последствиям, как в форме материальных затрат, так и вызвать человеческие жертвы или загрязнить окружающую среду. Существует два способа исключения ошибок вызваных человеком: либо научить человека не делать ошибок вообще, что является невозможным, либо создать систему с интерфейсом обеспечивающим исключение появления критических для исследуемого процесса ошибок. Это становится возможным при использовании вместо полей ввода ползунков и тем самым ограничить изменение редактируемого параметра в рамках разрешенного диапазона; некоторые особо важные команди должны блокироваться для избежания нежелательного доступа, а перед тем, как разблокировать эти команды, система должна послать запрос пользователю на подтверждение разблокирования, а также при помощи других подобных методов.

    Система DIVA, как это было сказано раньше, виступает также в рамках обучательной системи, поэтому важным фактором оценки качества проектируемого интерфейса является скорость обучения работе с ним. Повысить эффективность обучения работы с системой можно следущими способами:

• наличие двух вариантов технической документации (бумажной версии) по работе с системой: первый вариант - для начинающих, в котором рассматриваются вопросы, которые возникают наиболее часто на первых этапах обучения, второй вариант - для пользователей которые уже имеют некоторый опыт работы с системой, и в котором подробно описаны возможности системы, а также наиболее эффективные способы их использования. Этот метод не имеет прямого отношения к разработке самого интерфейса пользователя, однако его роль в обучении весома;
• разработка "понятного" интерфейса. Это означает, что каждый элемент управления должен быть информативним и логически понятными, например, кнопка на панели инструментов с изображением знака вопроса при нажатии должна визывать справочную службу;
• использование всплывающих подсказок, пояснений к элементам управления и т.п.;
• разработка развитой системы помощи, доступной из любого места программы со скоростным механизмом нахождения необходимой информации.

    Не менее важным фактором является и субъективное восприятие интерфейса пользователем. Когда разработанный интерфейс не удовлетворяет требованиям пользователя (например, ему не нравится цвет того или иного графика или еще что-нибудь), работа с такой системой нервирует пользователя, чтоо уменьшает эффективность исполнения работы. Система которая предоставляет возможность конфигурировать элементы интерфейса, например, изменять цветовую схему, добавить или удалить как сами панели инструментов, так и их отдельные элементы, как это реализовано в программе Word корпорации Microsoft, имеют больше шансов на успех.

     На сегодняшний день достигнуты следущие результаты:

• разработан новый более гибкий интерфейс, который позволяет задать нео6ходимые параметры для каждого функционального блока процесса в удобном для пользователя виде - с помощью либо ползунков, либо текстовых полей;
  
  
  
• имеется возможность настройки (добавить/удалить орган управления параметров, задать max/min значения параметров, а также задать значение используемое по умолчанию) панели блока параметров каждого функционального блока;
  
  
  
• осуществлен переход на новую модель процесса;
• разработан интерактивный графопостроитель для отображения хода моделирования в виде графика;
• осуществлен переход от апплета к приложению (в перспективе разработка демонстрационного апплета).

1. Аноприенко А. Я., Кинле А., Святный С. Н., Осипова Т. Ф. Моделиро-вание реактора синтеза уксусной кислоты на базе моделирующей среды DIVA // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия "Информатика, кибернетика и вычислительная техника". Выпуск 1 (ИКВТ-97). - Донецк: ДонГТУ. - 1997. - С. 16-21.
2. Забровський С.В. Методи і засоби графічної вiзуалiзацiї в моделюванні складних систем. Випускна робота магістра. - Донецьк: ДонДТУ, 2000.
3. Сісюкін В.С. Методи і засоби реінженірінгу систем моделювання складних технологічних процесів на прикладі системи DIVA. Випускна робота магістра. - Донецьк: ДонДТУ, 2001.
4. Мацак С.А. Розробка та дослідження тренажерів складних технологічних, орієнтованих на використання системи DIVA в мережевому середовищі. Випускна робота магістра. - Донецьк: ДонДТУ, 2001.
5. Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. E.D. Gilles. DIVA. A Tool for Dynamic Simulation of Chemical Engineering Applications (www.isr.uni-stuttgart.de/diva/diva.html).
6. Забровский С.В, Мацак С.А., Потапенко В.А., Сисюкин В.С. Опыт использования сети интернет в качестве распределённой среды моделирования. Кафедра ЭВМ ДГТУ
7. David Kieras, "Using the Keystroke Level Model to Estimate Execution Times",1993.
8. Card, Moran, and Newell, "The Psychology of Human Computer Interaction", Erbaum, 1989.
9. Мальчева Р.В., Коротин Ю.Э., Гуров Д., "The applying of the computer visualization technology for improving of lectures perception", Сборник трудов VIII международной НТК. ДГТУ. Донецк-2001, стр.161-3
10. Головач В.В., "Дизайн пользовательского интерфейса" (http://www.consulting.ru).