Pilots' Perspective on Human-Automation Interaction on the Flight Deck

Abstract

Formålet med denne masteroppgaven er å kunne oppnå en bedre forståelse av menneske– automasjon interaksjonen. Dette gjøres ved å undersøke konseptet ’situasjonsforståelse’ fra pilotene sitt perspektiv. Den teknologiske utviklingen innen sivil luftfart indikerer en økt kompleksitet i systemene, som gir en mulig større avstand mellom pilotene og flymaskinen. Selv om sivil luftfart har hatt store fordeler med automatisering som har bidratt til en økt sikkerhet og effektivitet, så forekommer det fremdeles ulykker. IATA (2019b) fremstiller at den vanligste årsaken i dødsulykker mellom 2015–2019 er Loss of Control in Flight (LOC–I), med 19 ulykker og 780 dødsfall. Automasjon har i økende grad opptrådd uventet eller på uforklarlig vis i ulykkerapportene. Det skaper mistanker om at suksessen ved å kunne oppnå forutsigbarhet, forståelse og kontroll i sivil luftfart gjennom automatisering er en del av problemet, ved at piloter ikke er i stand til å gjenvinne kontrollen.

I denne oppgaven er det valgt å bruke en kvalitativ tilnærming ved å samle inn empirisk materiale ved å intervjue 15 piloter, som i hovedsak opererer i Nord–Europa. Det innsamlede empiriske materialet viser at virkningen automatiseringen har på situasjonsforståelsen er avhengig av to faktorer: Type og graden av automatisering. Høyere nivåer av automatisering kan tilrettelegge for en økt situasjonsforståelse, men det kan like så godt redusere den og ha en negativ innvirkning på ytelsen til pilotene. Pilotene er bekymret over den økende graden av kompleksitet i systemene og gjennom å forstå den menneskelige–automasjon interaksjonen har to hovedutfordringer blitt avdekket: (1) Pilotene forstår ikke automasjonen (i form av evner, grenser, nåværende funksjonalitet, mål, nivåer av automatisering, osv.) og/eller (2) automasjonen (designerne eller ingeniørene som har laget systemet) ikke forstår hvordan pilotene samhandler med systemene (evner, mål, inputs, osv.).

Masteroppgaven foreslår et nytt begrep, ’samstemt forståelse’, som peker på hvordan pilotene kontinuerlig orienterer seg mot oppstående problemer. En pilot vurderer ikke bare flyets nåværende omgivelser og den andre pilotens handlinger og kognitive evner, men vurderer i tillegg han eller huns mentale tilstand. På denne måten kan de kompensere og hjelpe hverandre i forskjellige situasjoner. Pilotene sin kompetanse og erfaring påvirker hvordan de ser på betydeligheten og funksjonaliteten til automatiseringen. Den sosiale og materielle organiseringen påvirker deres evne til å orientere og koordinere arbeidet sitt.

Tilstrekkelig trening av piloter har vært et stort tema, men trening er bare en del av løsningen. Jeg mener at det må gjøres videre forskning på design der pilotene blir inkludert i prosessen for å kunne oppnå en effektiv og sikker arbeidsoperasjon. Nye forståelser og krav vil kontinuerlig dukke opp for de som utfører arbeidet. Dermed vil piloter være de best kvalifiserte til å utføre og finjustere det profesjonelle designet, for å kunne styrke grunnlaget for en forbedret sikkerhet.

The objective of the thesis is to gain a better understanding of the human-automation interaction. This is done by examining the concept of situation awareness from a pilots’ perspective and how they handle challenges associated with using automation on the flight deck. The evolution of automation in modern aircraft indicates an increased complexity and sophistication of the systems, creating a possible bigger gap between the pilots and the aircraft. Although the aviation industry has reaped the benefits of using automation with an increased safety and efficiency, accidents do still occur. According to IATA (2019b), the most common cause of fatal accident between 2015–2019 was Loss of Control in Flight (LOC-I) with reported 19 fatal accidents, involving 780 deaths. Automation has increasingly been behaving in unexpected or unexplainable manners in accident reports. It raises suspicion that the very success in achieving predictability, understandability, and control of operations through automation, may in fact be part of the problem, as pilots are unable to regain control.

The thesis utilizes a qualitative approach on gathering material through interviewing 15 pilots mainly operating in Northern Europe. The empirical material shows that the impact automation has on situation awareness is dependent on two factors: The type and level of automation. Higher levels of automation may facilitate an increase in situation awareness; it may as well reduce it and have adverse effects on task performance. Pilots find automation to be more complex and understanding the human–automation interaction present two main challenges: (1) Pilots do not understand the automation (in terms of capabilities, boundaries, current functionality, goals, levels of automation); and/or (2) the automation (or the designers and engineers that made it) does not understand how the operator interacts with the systems (in terms of capabilities, goals and inputs).

The thesis proposes a new concept, ’coherent awareness’, which points out how pilots continuously reorient themselves to emerging problems. A pilot not only assess the situational surroundings of the aircraft and the other pilot’s actions and cognitive abilities, but in addition assesses the mental state of the co–pilot, becoming able to compensate and assist each other in various situations. Coherent awareness presents automation as a tool as well as a party in pilots’ activities. Furthermore, pilots’ competence and prior experience will influence how they regard the significance and functionality of the automation. The social and material organization impact their ability to orientate and coordinate work.

An attempt to provide proper training for pilots has received much attention but is only a part of the solution. I argue that more research needs to be done on the topic of design that includes pilots in the process to obtain an effective working environment. New understandings and requirements will continue to emerge as they perform their duties. It follows that pilots are the best qualified to carry out and fine tune the professional design, strengthening the foundation for improved safety.