СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАЗРАБОТКИ АВИАЦИОННЫХ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ И ОБОБЩЕННЫЙ МЕТОД MFTA/GDTA/CTA/CWA

Результаты внедрения автоматизированных технологий в различные области авиационно-транспортной системы свидетельствуют о положительном влиянии автоматики на уровень безопасности и эффективности полетов. Тем не менее, автоматизация различных процессов приводит к ситуации, когда возможности современной техники значительно превосходят ограниченные возможности человека-оператора: этот факт свидетельствует о необходимости применения направленного на обеспечение благоприятного взаимодействия с человеком подхода к созданию автоматизированных авиационных систем. Данная статья посвящена вопросам методологии в области создания авиационных адаптивных систем (АС): в работе проводится сравнительный анализ наиболее популярных аналитических методов разработки АС, а также предлагается обобщенный способ проведения анализа MFTA/GDTA/CTA/CWA, разработанный на основе применения методов расчленения, морфологического анализа и объединения. Предлагаемый обобщенный метод предполагает следующие этапы проведения: 1) анализ цели и задач; 2) анализ подзадач и требований по обеспечению ситуационной осведомленности; 3) когнитивный анализ. По результатам этапов создаются перечень основных задач системы, полная структурная схема разрабатываемой АС, а также схема когнитивного анализа, способствующая определению наиболее вероятных ошибок оператора для каждого критического этапа функционирования системы. Достоинства предлагаемого обобщенного метода анализа заключаются в том, что его проведение сосредоточено на обеспечении ситуационной осведомленности оператора, а также позволяет оценить риски, вызванные внешней средой функционирования системы, с целью определения оптимального уровня адаптации и способа поддержки членов экипажа ВС со стороны автоматики на каждом этапе их взаимодействия.

1. Коваленко Г. В. Анализ состояния аварийности современной авиации в Российской Федерации / Г. В. Коваленко, И. С. Муравьев, С. Г. Нуждин // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации. 2017. № 2(15). С. 26-36. EDN YSZLVZ.

2. Коваленко Г. В. Неудовлетворительное взаимодействие между элементами интеллектуальной адаптивной системы ВС, как одна из основных причин катастрофы Boeing 737 MAX8 авиакомпании Ethiopian Airlines / Г. В. Коваленко, Ю. Ю. Михальчевский, И. А. Ядров // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации. 2022. № 4(37). С. 5-18. EDN UXHYBZ.

3. Котик М. А. Курс инженерной психологии. 2-е изд., испр. и доп. Таллин: Валгус, 1978. 374 с.

4. Пономаренко В. А. Смысл авиации 5-го поколения / В. А. Пономаренко, С. А. Айвазян. М.: Когито-центр, 2017. 278 с.

5. Цибулевский И. Е. Ошибочные реакции человека-оператора. М.: Сов. Радио, 1979. 208 с.

6. Ядров И. А. Потенциал применения интеллектуальных адаптивных систем поддержки принятия решений в авиации // Молодежный исследовательский потенциал 2023: Сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса. Петрозаводск: МЦНП «Новая наука», 2023. С. 152-163. EDN JKDHLX.

7. Ядров И. А. Разработка алгоритма по определению оптимального способа обхода грозового очага воздушным судном // Лучшая исследовательская работа 2022: Сборник статей IV Международного научно-исследовательского конкурса. Петрозаводск: МЦНП «Новая наука», 2022. С. 181-191. EDN IHTWCU.

8. Annette J. Research and developments in task analysis / J. Annette, N. A. Stanton // Ergonomics. 1998. Vol. 41. P. 1529-1536.

9. Annette J. Task analysis and training design / J. Annette, K. Duncan // Journal of Occupational Psychology. 1967. Vol. 41. P. 211-221.

10. Bernier M. Mission Function Task Analysis for Cyber Defence / M. Bernier, K. Perrett. Defence Research and Development Canada Ottawa, Ontario Canada, 2014. 20 p.

11. Bibby K. S. Man's role in control systems // IFAC Proceedings Volumes. 1975. Vol. 8, № 1. P. 664-683. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)67612-2.

12. Billings C. E. Aviation automation: The search for a human-centered approach. CRC Press, 2018.370 p.

13. Bolstad C. A. Using goal directed task analysis with Army brigade officer teams / C. A. Bolstad, J. M. Riley // Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. Los Angeles, CA: SAGE Publications, 2002. Vol. 46. № 3. P. 472-476. DOI: 10.1177/154193120204600354.

14. Brace W. A framework to support requirements analysis in engineering design / W. Brace, V. Cheutet // Journal of Engineering Design. 2012. Vol. 23. № 12. P. 876-904. DOI: 10.1080/09544828.2011.636735.

15. Chipman S. F. Introduction to cognitive task analysis / S. F. Chipman, J. M. Schraagen, V. L. Shalin // Cognitive task analysis. Psychology Press, 2000. P. 17-38. 63

16. Chow R. Applied comparison between hierarchical goal analysis and mission, function and task analysis / R. Chow, B. Kobierski, C. Coates // Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. Los Angeles, CA: SAGE Publications, 2006. Vol. 50. № 3. P. 520-524. DOI: 10.1177/154193120605000365.

17. Clark R. E. Cognitive task analysis / R. E. Clark, D. F. Feldon, J. J. G. Van Merriënboer // Handbook of research on educational communications and technology. Routledge, 2008. P. 577-593.

18. Coffey J. W. Knowledge modeling for the preservation of institutional memory / J. W. Coffey, R. R. Hoffman // Journal of Knowledge Management. 2003. Vol. 7. № 4. P. 38-52. DOI: 10.1108/13673270310485613.

19. Crandall B. Working minds: A practitioner's guide to cognitive task analysis / B. Crandall, G. A. Klein, R. R. Hoffman. Mit Press, 2006. 352 p.

20. Cummings M. L. Automation bias in intelligent time critical decision support systems // Decision making in aviation. Routledge, 2017. P. 289-294. DOI: 10.2514/6.2004-6313.

21. Endsley M. R. Level of automation effects on performance, situation awareness and workload in a dynamic control task / M. R. Endsley, D. B. Kaber // Ergonomics. 1999. Vol. 42, № 3. P. 462-492. DOI: 10.1080/001401399185595.

22. Endsley M. R. Situation awareness oriented design: from user's cognitive requirements to creating effective supporting technologies / M. R. Endsley, C. A. Bolstad, D. G. Jones // Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. Los Angeles, CA: SAGE Publications, 2003. Vol. 47. № 3. P. 268-272. DOI: 10.1177/154193120304700304.

23. Hou M. Intelligent adaptive interfaces for the control of multiple UAVs / M. Hou, R. D. Kobierski, M. Brown // Journal of Cognitive Engineering and Decision Making. 2007. Vol. 1, № 3. P. 327-362. DOI: 10.1518/155534307X255654.

24. Hou M. Intelligent adaptive systems: An interaction-centered design perspective / M. Hou, S. Banbury, C. Burns. CRC Press, 2014. 336 p.

25. Hou M. Performance modeling of agent-aided operator-interface interaction for the control of multiple UAVs / M. Hou, R. D. Kobierski // 2005 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics. IEEE, 2005. P. 2463-2468. DOI: 10.1109/ICSMC.2005.1571518.

26. Johnson C. M. VFR into IMC: Using simulation to improve weather-related decision-making / C. M. Johnson, D. A. Wiegmann // The International Journal of Aviation Psychology. 2015. Vol. 25. № 2. P. 63-76. DOI: 10.1080/10508414.2015.1026672.

27. Kaber D. B. The effects of level of automation and adaptive automation on human performance, situation awareness and workload in a dynamic control task / D. B. Kaber, M. R. Endsley // Theoretical issues in ergonomics science. 2004. Vol. 5. № 2. P. 113-153. DOI: 10.1080/1463922021000054335.

28. Kelly D. An analysis of human factors in fifty controlled flight into terrain aviation accidents from 2007 to 2017 / D. Kelly, M. Efthymiou // Journal of safety research. 2019. Vol. 69. P. 155-165. DOI: 10.1016/j.jsr.2019.03.009.

29. Lamoureux T. Two methods for control task analysis / T. Lamoureux, J. Sartori // Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. Sage CA: Los Angeles, CA: SAGE Publications, 2007. Vol. 51. № 4. P. 293-297. DOI: 10.1177/154193120705100431.

30. Lee J. Y. Formative research on the heuristic task analysis process / J. Y. Lee, C. M. Reigeluth // Educational Technology Research and Development. 2003. Vol. 51. № 4. P. 5-17. DOI: 0.1007/BF02504541.

31. Militello L. Applied cognitive task analysis (ACTA): a practitioner’s toolkit for understanding cognitive task demands / L. Militello, R. Hutton // Ergonomics. 1998. Vol. 41. № 11. P. 1618-1641. DOI: 10.1080/001401398186108.

32. Naikar N. Beyond interface design: Further applications of cognitive work analysis // International journal of industrial ergonomics. 2006. Vol. 36. № 5. P. 423-438. DOI: 10.1016/j.ergon.2006.01.006.

33. Onnasch L. Human performance consequences of stages and levels of automation: An integrated meta-analysis // Human factor. 2014. Vol. 56. № 3. P. 476-488. DOI: 10.1177/0018720813501549.

34. Parasuraman R. Adaptive aiding and adaptive task allocation enhance human-machine interaction / R. Parasuraman, M. Mouloua, B. Hilburn // Automation technology and human performance: Current research and trends. 1999. P. 119-123.

35. Pаrаsurаmаn R. А model for types аnd levels of human interаction with аutomation / R. Pаrаsurаmаn, T. Sheridan, C. A. Wickens // IEEE Transactions on systems, man, and cybernetics. Part A: Systems and Humans. 2000. Vol. 30, № 3. P. 286-297. DOI: 10.1109/3468.844354.

36. Rasmussen J. Skills, rules and knowledge: signals, signs, and symbols, and other distinctions in human performance models // IEEE transactions on systems, man, and cybernetics. 1983. Vol. 13. P. 257-266. DOI: 10.1109/TSMC.1983.6313160.

37. Salas E. Human factors in aviation: an overview / E. Salas, D. Maurino, M. Curtis // Human factors in aviation. 2010. P. 3-19. DOI: 10.1016/B978-0-12-374518-7.00001-8.

38. Stanton N. A. Application of cognitive work analysis to system analysis and design / N. A. Stanton, D. P. Jenkins // Cognitive Work Analysis. CRC Press, 2017. P. 3-72. DOI: 10.1201/9781315572536-2.

39. Stanton N. A. Distributed situation awareness // Theoretical Issues in Ergonomics Science. 2016. Vol. 17. № 1. P. 1-7. DOI: 10.1080/1463922X.2015.1106615.

40. Stanton N. A. Hierarchical task analysis: Developments, applications, and extensions // Applied ergonomics. 2006. Vol. 37. № 1. P. 55-79. DOI: 10.1016/j.apergo.2005.06.003.

41. Stave A. M. The effects of cockpit environment on long-term pilot performance // Human Factors. 1977. Vol. 19. № 5. P. 503-514. DOI: 10.1177/001872087701900506.

42. Taylor R. M. Cognitive cockpit systems: Information requirements analysis for pilot control of cockpit automation / R. M. Taylor, S. Abdi, R. Dru-Drury // Engineering Psychology and Cognitive Ergonomics Volume Five. Routledge, 2017. P. 81-88.

43. Tourki Y. Scenario analysis: a review of methods and applications for engineering and environmental systems / Y. Tourki, J. Keisler, I. Linkov // Environment Systems & Decisions. 2013. Vol. 33. P. 3-20. DOI: 10.1007/s10669-013-9437-6.

44. Van Merriënboer J. J. G. Blueprints for complex learning: The 4C/ID-model / J. J. G. Van Merriënboer, R. E. Clark, M. De Croock // Educational technology research and development. 2002. Vol. 50. № 2. P. 39-61. DOI: 10.1007/BF02504993.

45. Vicente K. J. Cognitive Work Analysis: Toward safe, productive, and healthy computer-based work. CRC press, 1999. 416 p.

46. Wickens C. D. Automation and human performance // Engineering Psychology and Human Performance 4th Edition. Boston, MA: Pearson, 2012. P. 377-404.

47. Wiegmann D. A. A human error approach to aviation accident analysis: The human factors analysis and classification system / D. A. Wiegmann, S. A. Shappell. Routledge, 2017. 184 p.

48. Yeh Y. Y. Dissociation of performance and subjective measures of workload / Y. Y. Yeh, C. D. Wickens // Human factors. 1988. Vol. 30. № 1. P. 111-120. DOI: 10.1177/0018720888030001.