CC BY
13
МЕТОДОЛОГИЯ И ТЕОРИЯ РАЗВИТИЯ НАУКИ
2014.03.006. АВТОМАТИКА, ЗАДАЧИ И ОСОБЕННОСТИ КОНТЕКСТА: ВЛИЯНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕКА И АВТОМАТИКИ НА РЕШЕНИЯ, ПРИНИМАЕМЫЕ НА БОРТУ АВИАЛАЙНЕРОВ // МОСЬЕ К., ФИШЕР У., МОРРОУ Д., ФЕЙ К., ДЮРСО Ф., САЛЛИВАН К., ПОП В.
Automation, task, and context features: Impacts on pilots' judgments of human-automation interaction / Mosier K., Fischer U., Morrow D., Feigh K., Durso F., Sallivan K., Pop V. // Journal of cognitive engineering and decision making. - 2013. - Vol. 7, N 4. - P. 377-399. -DOI: 10.1177/1555343413487178. - Mode of access: http://edm. sagepub.com/content/7/4/377
Ключевые слова: автоматика; взаимодействие человека и автоматики; особенности контекста.
Авторы из США на примере принятия решений пилотами авиалайнеров исследуют влияние выполняемых задач, ситуационного контекста и прогресса автоматизации на когнитивные усилия и поведение человека, взаимодействующего с автоматизированными системами.
Компьютерные технологии, пишут авторы, позволили передать автоматизированным системам выполнение многих задач, традиционно выполняемых человеком. И одна из наиболее ярких здесь иллюстраций - пилотская кабина современного авиалайнера. То, что называется взаимодействием человека и автоматики (human-automation interaction) (ВЧА), имеет место фактически в каждой фазе полета в динамичных полетных условиях, в которых всегда есть вероятность неоднократного принятия пилотами ключевых для безопасности рейса решений. ВЧА - рабочий режим в пилотской кабине, где постоянно принимаются решения, когда включить
и выключить автоматику, какой выбрать режим полета, уровень автоматики, степень ее контролирования и т.д. Фактически рост автоматизации бортовых систем управления полетом - это требование конкурентоспособности национальных авиакомпаний в современном воздушном пространстве. Однако прогресс систем автопилотирования, казалось бы, существенно облегчающих рабочую нагрузку пилотов и повышающих безопасность полетов, как это ни парадоксально, увеличивает значимость человеческого фактора, связанного с ответственностью пилотирования в режиме ВЧА. Процесс автоматизации авиации имел свою логику. Поначалу автоматизированные системы пилотирования были достаточно «грубыми»: они снижали рабочую нагрузку пилотов, когда та уже была низкой, и повышали, когда она росла. Тот же процесс происходил, например, и в медицине, где анестезиологи пытались преодолеть «грубость» систем физиологического мониторинга, адаптируя их к задаче минимизации своей когнитивной работы и часто отказываясь от каких-то возможностей этих систем. Рост автоматизации изобилует примерами неудачных технологических замыслов, в том числе в авиации и атомной энергетике, создающих риски катастрофических человеческих ошибок.
Как выгоды, так и проблемы ВЧА часто относят к конструкционным особенностям автоматизированных систем, облегчающим либо мешающим ВЧА. Однако столь же важными факторами здесь выступают сами операторы, выполняемые ими задачи и условия, в которых эти задачи выполняются. Так, на степень взаимодействия пилотов с автоматикой и на выбор ими режима ВЧА могут влиять наличная загруженность воздушного пространства, дефицит времени, погода, топография, а также такие индивидуальные для пилотов переменные, как опыт, усталость и т.д. Выбор пилотами режима ВЧА в большой степени зависит от их представления о том, как данная автоматизированная система в определенной ситуации будет влиять на их когнитивные усилия и поведение.
Снабжение пилотской кабины авиалайнеров системой управления полетом (flight management system) (СУП) явилось радикальной инновацией, позволившей точно решать навигационные задачи. Однако особенности конструкции и интерфейса СУП сообщили этой автоматизированной системе с момента введения определенные проблемы для ее операторов. Программирование СУП закла-
дывает некоторые «избыточные» когнитивные усилия и действия пилотов, связанные с выбором подходящего режима полета между многочисленными ключевыми «вводами» и негативно отражающиеся на безопасности рейса. И хотя новейшие автоматизированные системы смягчили некоторые подобные проблемы, конструкционные характеристики СУП остаются все еще несовершенными. Эти несовершенства касаются наблюдаемости (observability) сигналов и управляемости (directability) сигналами СУП. Наблюдаемость -степень, в какой автоматика позволяет оператору понять ее логику и правильно воспринимать ее сигналы, - снижается, когда показания СУП наслаиваются друг на друга или когда подсистемы СУП настолько взаимосвязаны, что обратная связь с показаниями СУП затруднена и искажена. Низкая наблюдаемость чревата для операторов плохим осознанием ситуации, повышенной рабочей нагрузкой и выбором ошибочного полетного режима. Влияние низкой наблюдаемости усиливается, когда операторы плохо представляют, как работает автоматика, а СУП не обеспечивает достаточной информации о своем функционировании. Кроме того, когда для выполнения одной и той же задачи используется более одной автоматизированной системы, у операторов возникает неуверенность в том, лучший ли путь управления задачей выбран.
Управляемость автоматизированными системами - свобода, с которой автоматизированная система позволяет пользователю вмешаться, когда требуется, - может быть ослаблена самой конфигурацией панели управления. Эта весьма сложная конфигурация с множеством кнопок управления затрудняет доступ к критически важным в определенных ситуациях кнопкам и тем самым может задерживать критические вводы или вести к ошибочным вводам, особенно в случае кнопок, которые одновременно и нажимные, и вытяжные соответственно с вводами разных действий. В таких условиях, особенно в критических ситуациях, легко ошибиться, что нередко и происходит из-за усложненных вводов и сочлененных автоматизированных систем, повышающих рабочую нагрузку пилотов и отвлекающих их от выполнения иных необходимых задач. СУП часто требует одновременного множества вводов для изменения полетной траектории, а это связано с непродуктивным ростом рабочей нагрузки оператора в условиях, когда время упущено.
Новейшие модели СУП в определенной степени упростили процессы ввода требуемых полетных режимов. Так, некоторые модели СУП позволяют при снижении и заходе на посадку авиалайнера производить необходимое в этом режиме отключение ограничителя скорости без отключения других параметров. Есть идея осуществить комплексную «расчистку» (clearance) панели управления на авиалайнерах для надежного совершения операций изменения маршрута или/и высоты по показаниям координат широты и долготы. Это - идея исключения лишних (непродуктивных) действий пилота, ослабляющих и искажающих его когнитивный анализ ситуации.
ВЧА также формируется множеством индивидуальных переменных человека. Например, профессиональные пилоты старшего поколения начинали летать на самолетах относительно низкой технологии и чувствовали себя комфортно в таких условиях, а необходимость отслеживать показания СУП требует иных навыков, чем навыки «ручного» управления самолетом, и может казаться им «лишней» задачей, при этом она критически важна для современных высокотехнологичных полетных режимов. Некоторые современные программы обучения пилотов избегают плавного перехода от опыта «ручного» пилотирования к опыту высокотехнологичного -с использованием автоматизированных систем - пилотирования и сразу готовят «вторых пилотов» для современных высокотехнологичных авиалайнеров. Разумеется, пилоты, получающие подобную лицензию, демонстрируют иные, вполне комфортные для себя образцы ВЧА, чем пилоты, подготовленные по традиционным программам.
Есть и индивидуальные человеческие переменные, являющиеся прямыми факторами авиационных происшествий. К таким переменным относится, например, усталость пилота. Согласно общему экспертному мнению, она способна как вызывать, так и предотвращать авиационные инциденты. Очевидно, что усталость пилота затормаживает его способность считывать показания панели СУП и делает его беспечным в отношении понимания ситуации. Однако в некоторых случаях усталость, напротив, может разбудить в пилоте тревогу за безопасность полета и вызвать повышенную бдительность. И это вроде бы парадоксальное поведение подтверждают исследователи, обнаружившие в условиях тренажерного
симулирования полета, что усталые операторы менее подвержены благодушию и более внимательны к проверке информации и принятию решений, чем операторы, находящиеся в обычном бодром состоянии.
На ВЧА также влияют не только выбираемые стратегии, но и условия, в которых пилотам приходится действовать. Одно из обычных условий действий в высокодинамичном режиме, каким является полет, - дефицит времени, связанный с быстрым поиском пилотами информации при аномальных показаниях СУП для диагностики ошибок. В сочетании с неудачной конструкцией СУП дефицит времени может сильно снизить способность пилота взаимодействовать с бортовой автоматизированной системой. Исследователи обнаружили, что выбор пилотами стратегии ВЧА зависит от характеристик разрешений, выдаваемых службой контроля воздушного движения (air traffic control) (КВД), - предсказуемости, частоты, сложности этих разрешений (числа разрешений, выдаваемых в единицу времени). Экипажи авиалайнеров склонны включать режим ВЧА в условиях предсказуемых разрешений при небольшой (не повышенной) их плотности во времени, между тем как автопилотирование или ручное управление использовались при повышенной загруженности воздушного пространства (повышенной плотности выдаваемых КВД разрешений).
Выполнению задач в динамичных средах могут также мешать различные внутренние и внешние источники нарушения работы ВЧА. Когда пилоты испытывают помехи осуществлению последовательного контроля показаний панели СУП, они элементарно могут забыть, где остановились и какие пункты контроля уже выполнены. Новые вводные от КВД, влекущие за собой перепрограммирование бортовых автоматизированных систем, способны значительно повысить рабочую нагрузку пилотов, особенно когда эти вводные поступают, когда летчики уже имеют высокую рабочую нагрузку, например при изменении взлетной полосы в последнюю минуту перед приземлением. Эта проблема настолько важна, что особенностью некоторых новых бортовых автоматизированных систем стало управление помехами (interruption management). К подобным нововведениям относится армейская компьютерная система, которая обнаруживает физиологические знаки высокой рабочей нагруз-
ки и действует так, что освобождает внимание операторов от второстепенных задач ради концентрации на главной задаче.
Авторы исследовали влияние взаимодействия таких переменных, как автоматизированные системы, задачи и контекст выполнения задач, на пилотов в отношении следующих критических результатов ВЧА: рабочей нагрузки; управления задачами; контролирования показаний бортовых автоматизированных систем; уровня понимания автоматики; уровня осознания ситуации; понимания вероятности связанных с автоматикой ошибок. Что касается управления задачами и рабочей нагрузки, то операторы, очевидно, используют автоматику таким образом, чтобы облегчить свою работу, и, следовательно, стараются избегать автоматики, которая повышает их рабочую нагрузку. Исследователи моделировали влияние параметров контекста задач и конструкции автоматизированных систем на стратегии использования автоматики. Например, моделировалось использование автоматики в отношении трех особенностей конструкции системы автопилотирования - способности автопилота относительно способности экипажа контролировать воздушное судно, время, необходимое для включения автопилота, и время, необходимое для отключения автопилота. Моделировались также три особенности контекста выполнения задач - продолжительность, критичность времени и частота поступления второстепенных задач. Такое моделирование опиралось на более раннее лабораторное исследование, обнаружившее, что экипажи не использовали автопилот по его назначенной цели - разгрузки задач (task off-load). Пилоты не передавали полетные задачи автопилоту, когда решали второстепенные задачи. Модель показала, что рациональным основанием такого поведения пилотов является рассогласование между предназначенной стратегией использования автопилота, характеристиками автопилота (продолжительное время включения, ограниченная способность автопилота переходить на нужный режим полета столь же быстро, как при ручном управлении) и контекстом выполнения задач (частотой и временем поступления критических задач). Исследователи пришли к заключению, что экипажи авиалайнеров не полагаются на автоматику так, как это задумали ее конструкторы, просто потому, что это неэффективно.
Исследователи провели обзор предпочитаемых пилотами стратегий автоматизированного управления задачами в контексте именно системного управления и обнаружили, что пилоты обычно не расположены к фрагментарному (несистемному) автоматизированному управлению и предпочитают автоматизированный режим, который недвусмысленно разрешает для ввода полагаемого действия фрагментарное использование СУП. Однако в ситуациях сильного дефицита времени и сложности задачи пилоты предпочитают простой выбор быстрого принятия решения, сводя к минимуму нагрузку на свои когнитивные ресурсы.
Удивительным результатом своего исследования авторы считают то, что они не обнаружили какого-либо влияния конструкционных особенностей автоматизированной системы на уровень ее понимания. В заключение авторы пишут, что, оказывается, «человек без особых усилий адаптирует свои когнитивные ресурсы и свое поведение к достигнутому уровню автоматизации в процессе ее роста и прогресса, демонстрируя один и тот же уровень понимания автоматизированных систем независимо от их усложнения. Как бы автоматика в авиации ни усложнялась, решения, особенно критические, остаются за "человеческим фактором": пилоты решают, когда и в какой мере использовать автоматизированные системы. Ясно одно - будущие полетные режимы потребуют от пилотов взаимодействия со все более сложной автоматикой, и давление на когнитивные возможности операторов будет только усиливаться, вызывая необходимость подготовки экипажей авиалайнеров к условиям пилотирования, когда автоматика эксплуатируется в самых разных полетных ситуациях и когда возникает множество разных задач и препятствий» (с. 392).
А.А. Али-заде
2014.03.007. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПОНИМАНИЮ ДЕЙСТВИЙ ЭКИПАЖА ВОЗДУШНОГО СУДНА / ХАТЧИНС Э., УЭЙБЛ Н., ЭММЕНЕГЕР К., ФОС А.
An integrative approach to understanding flight crew activity / Hutchins E., Weibel N., Emmenegger C., Fouse A. // Journal of cognitive engineering and decision making. - 2013. - Vol. 7, N 4. - P. 353-376. -DOI: 10.1177/1555343413495547. - Mode of access: http://edm. sagepub.com/content/7/4/353
