Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Human-centred automation: with application to the fighter aircraft domain
Örebro University, School of Science and Technology.
2012 (English)Licentiate thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]

The working situation of fighter pilots is often very challenging. The pilots are requested to perform their tasks and make decisions in situations characterised by time-pressure, huge amounts of data and high workload, knowing that wrong decisions might result in fatal consequences. To aid the pilots, several automatic support systems have been implemented in modern fighter aircraft and will continue to be implemented in pace with technological advancements and new demands posed on the pilots. For example, innovations within the information fusion (IF) domain have made it possible to fuse large amounts of data, stemming from different sensors, databases etc., to create a better foundation for making decisions and act than would have been possible if the information sources had been used separately. However, there are both positive and negative effects of automation, such as decreased workload and improved situation awareness on the one hand, but skill degradation and complacent behaviour on the other. To avoid the possible negative consequences of automation, while at the same time ameliorating the positive ones, a human-centred automation (HCA) approach to system design has been proposed as a way of optimizing the collaboration between the human and the machine. As a design approach, HCA stresses the importance of a cooperative human-machine relationship, where the operator is kept in the automation loop. However, how to introduce HCA within the fighter aircraft domain as well as its implications for the interface and automation design of support systems within the field has not been investigated.

This thesis investigates the implications of introducing HCA into the fighter aircraft domain. Through literature surveys and empirical investigations, general and domain specific HCA guidelines have been identified. These advocate, for example, that an indication of the reliability of the information and the recommendations provided by the different aircraft support systems must be given as well as that support for appropriate updates of the pilots’ individual and team awareness of the situation must be provided. A demonstrator, mirroring some of the identified guidelines, has been implemented and used to evaluate the guidelines together with system developers within the domain. The evaluation indicated that system developers of modern fighter aircraft implicitly incorporate many of the identified HCA guidelines when designing. However, the evaluation further revealed that to explicitly incorporate these guidelines into the development approach, preferably through the development of a domain specific style guide, would aid the system developers design automated support systems that provide appropriate support for the pilots. The results presented in this thesis are expected to aid developers of modern fighter aircraft support systems by incorporating HCA into the traditional simulator-based design (SBD) approach. This approach is frequently used within the field and stresses early and frequent user-involvement when designing, in which complementary HCA evaluations could be performed to further improve the support systems implemented from an automation perspective. Furthermore, it is expected that the results presented in this thesis will contribute to the research regarding how to incorporate the human operator in the information fusion processes, which has been recognised as a research gap within the IF field. Thus, a further contribution of this thesis is the suggestion of how the HCA development approach could be of aid when improving the interaction between the operator and the automated fusion system.

Abstract [sv]

Arbetssituationen för stridspiloter är ofta mycket utmanande. Piloterna måste utföra sina uppgifter och fatta beslut i stressiga situationer med stora informationsmängder och hög arbetsbörda, samtidigt som val av fel beslut kan leda till allvarliga konsekvenser. För att hjälpa piloterna har flera automatiska stödsystem implementerats i moderna stridsflygplan. Denna trend kommer att fortsätta i takt med nya tekniska framgångar och nya krav som ställs på piloterna. Forskning inom informationsfusion (IF) har bland annat gjort det möjligt att fusionera stora mängder data som härstammar från olika sensorer, databaser m.m. för att på så sätt skapa en bättre grund för att fatta beslut och agera än vad som hade varit möjligt om informationskällorna hade använts separat. Dock har både positiva och negativa effekter av automatisering rapporterats, såsom minskad arbetsbörda och förbättrad situationsuppfattning men även försämrad pilotprestation till följd av att de automatiska systemens prestanda inte övervakas. För att undvika negativa effekter av automation samtidigt som de positiva effekterna stärks har den så kallade människo centrerade automationen (HCA) lyfts fram som en möjlig väg att designa system där samverkan mellan automationen och den mänskliga operatören optimeras. Som en designapproach fokuserar HCA på viken av en samverkande människamaskin relation, där operatören hålls kvar i automatiseringsloopen. Men hur HCA kan introduceras inom stridsflygdomänen och dess implikationer för gränssnitts- och automationsdesign av stödsystem inom domänen har inte undersökts.

Denna licentiatavhandling undersöker möjliga implikationer av att introducera HCA inom stridsflygdomänen. Genom litteraturundersökningar och empiriska studier har generalla och domänspecifika HCA riktlinjer identifierats, såsom att piloterna måste erbjudas en indikation angående tillförlitligheten hos den information och de rekommendationer som de olika implementerade stödsystemen i flygplanet har genererat, samt att stöd för att uppdatera piloternas individuella och gemensamma uppfattning av situationen måste ges. En demonstrator, som återspeglar några av de identifierade HCA riktlinjerna, har implementerats och använts för att utvärdera riktlinjerna tillsammans med systemutvecklare inom domänen. Denna utvärdering påvisade att systemutvecklare inom stridsflygdomänen implicit använder sig av många av de identifierade HCA riktlinjerna under designprocessen, men att explicit inkludera dessa i en domänspecifik design guide skulle kunna hjälpa dem att designa automatiska system som erbjuder lämpligt stöd för piloterna. De resultat som presenteras i denna licentiatavhandling förväntas kunna hjälpa utvecklare av moderna stridsflygsystem genom att inkludera HCA i den traditionella simulator-baserade designapproachen (SBD). Denna approach används flitigt inom området och fokuserar på tidigt och återkommande användardeltagande vid designarbetet, där komplementära HCA utvärderingar skulle kunna genomföras för att förbättra de stödsystem som implementeras från ett automationsperspektiv. Det förväntas även att de resultat som presenteras i denna avhandling kommer att bidra till forskningen kring hur operatörer kan påverka fusionsprocessen, vilket har identifierats som ett område där mer forskning behövs inom IF området. Ytterligare ett bidrag av denna avhandling är därför det förslag som ges på hur HCA utvecklingsprocessen skulle kunna användas för att förbättra interaktionen mellan operatören och det automatiska fusionssystemet.

Place, publisher, year, edition, pages
Örebro: Örebro universitet , 2012. , 129 p.
Series
Studies from the School of Science and Technology at Örebro University, 24
Keyword [en]
Human-centred automation, fighter aircraft, design guidelines, situation awareness, information fusion, decision support.
Keyword [sv]
Människo-centrerad automation, stridsflyg, designriktlinjer, situationsuppfattning, informationsfusion, beslutsstöd
National Category
Human Computer Interaction
Research subject
Computer and Systems Science
Identifiers
URN: urn:nbn:se:oru:diva-21739OAI: oai:DiVA.org:oru-21739DiVA: diva2:504571
Supervisors
Available from: 2012-02-21 Created: 2012-02-21 Last updated: 2017-10-17Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1153 kB)795 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 1153 kBChecksum SHA-512
cc85686e8a4de31a1e590536d9db2bbdff5be808785fe0cfcba97c2beaa7f5b5136078667d6164e05261b9eeb028738dad1d8ef5e487d68ceb6831c22843bed4
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Science and Technology
Human Computer Interaction

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 795 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 508 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf