A notation and a tool supported process for the description, the analysis and the understanding of automation in command and control systems - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2021

A notation and a tool supported process for the description, the analysis and the understanding of automation in command and control systems

Notation et processus outillé pour la description, l'analyse et la compréhension de l'automatisation dans les systèmes de commande et contrôle

(1)
1

Abstract

Automation enables systems to execute some functions without outside control and to adapt functions they execute to new contexts and goals. Systems with automation are used more and more to help humans in everyday tasks with, for example, the dishwasher. Systems with automation are also used to help humans in their professional life. For example, in the field of aeronautics, automation has gradually reduced the number from 4 pilots to 2 pilots. Automation was first considered as a way to increase performance and reduce effort by migrating tasks previously allocated to humans to systems. This, in the hypothesis that systems would be better than humans would at performing certain tasks and vice-versa. Paul Fitts proposed MABA-MABA (Machine Are Better At - Man Are Better At), a tasks and functions allocation method based on this hypothesis. In line with this hypothesis, various descriptions of levels of automation have been proposed. The 10 levels of Automation (LoA) by Parasuraman, Sheridan et Wickens describe different tasks and functions allocations between the human and the system. The higher the level of automation, the more tasks migrate from human to system. These approaches have been the subject of criticism. " MABA-MABA or Abracadabra? Progress on Human-Automation Coordination " of Dekker and Woods highlights that automation leads to new tasks allocated to humans to manage this automation. Moreover, they recall that these approaches hide the cooperative aspect of the human-system couple. To characterize the human-system cooperation, the importance of considering, at design time, the allocation of authority, responsibility, control and the initiative to modify these allocations during the activity was demonstrated. However, the existing approaches describe a high-level design of automation and cooperation early in the design and development process. These approaches do not provide support for reasoning about the allocation of resources, control transitions, responsibility and authority throughout the design and development process. The purpose of this thesis is to demonstrate the possibility to analyze and describe at a low-level tasks and functions as well as the cooperation between humans and the system with automation. This analysis and this description enable to characterize tasks, functions and the cooperation in terms of authority, responsibility, resource sharing and control transition initiation. The aim of this work is to provide a framework and a model-based and tool supported process to analyze and understand automation. In order to show the feasibility of this approach, this thesis presents the results of the application of the proposed process to an industrial case study in the field of aeronautics.
L'automatisation permet à certains systèmes d'exécuter des fonctions sans contrôle extérieur et d'adapter les fonctions qu'ils exécutent à de nouveaux contextes ou buts. Les systèmes contenant de l'automatisation sont de plus en plus utilisés, autant pour aider les humains dans les tâches du quotidien, avec, par exemple, le lave-vaisselle, que dans leur vie professionnelle, par exemple pour un pilote d'avion, le cockpit. Dans le domaine de l'aéronautique, l'automatisation a permis de progressivement réduire le nombre de 4 pilotes à 2 pilotes. L'automatisation a d'abord été considérée comme un moyen d'augmenter les performances et réduire l'effort en migrant des tâches précédemment allouées aux humains à des systèmes. Ceci, dans l'hypothèse où les systèmes seraient meilleurs que les humains pour réaliser certaines tâches et vice-versa. Le MABA-MABA (Machine Are Better At - Man Are Better At) de Paul Fitts est une proposition de méthode d'allocation de tâches et de fonctions reprenant cette hypothèse. Dans la continuité de cette hypothèse, différentes descriptions de niveaux d'automatisation ont été proposées. Les 10 niveaux d'automatisation de Parasuraman, Sheridan et Wickens décrivent différentes allocations de tâches et de fonctions entre l'humain et le système. Plus le niveau d'automatisation augmente, plus le nombre de tâches migrées de l'humain vers le système est important. Ces approches ont fait l'objet de critiques, notamment à travers " MABA-MABA or Abracadabra? Progress on Human-Automation Coordination " de Dekker et Woods qui soulignent que l'introduction de l'automatisation induit de nouvelles tâches allouées à l'humain pour gérer cette automatisation. Ils rappellent aussi que ces approches masquent l'aspect coopératif du couple humain-système contenant de l'automatisation. Dans le but de caractériser cette coopération humain-système, il a été montré qu'il est important de considérer, lors de la phase de conception, l'allocation de l'autorité, de la responsabilité, du contrôle et de l'initiative de modifications de ces allocations lors de l'activité. Cependant dans les approches existantes, la conception de l'automatisation et de la coopération avec l'humain est considérée à haut niveau en amont dans le cycle de conception et de développement du système. Ces travaux ne fournissent pas de support pour raisonner sur l'allocation des ressources, des transitions de contrôle, de la responsabilité et de l'autorité tout au long du cycle de conception et de développement du système. L'objectif de cette thèse est de démontrer qu'il est possible d'analyser et de décrire à bas niveau les tâches et les fonctions ainsi que la coopération entre l'humain et le système contenant de l'automatisation. Cette analyse et cette description permet de caractériser les tâches, les fonctions et la coopération en terme d'autorité, de responsabilité, de partage de ressources et d'initiation de transition de contrôle. Cela, dans l'objectif de fournir un cadre conceptuel et un processus outillé à base de modèles pour l'analyse structurée et la compréhension de l'automatisation. Afin de montrer la faisabilité de cette approche, cette thèse présente les résultats de son application à une étude de cas industrielle dans le domaine d'application de l'aéronautique.
Fichier principal
Vignette du fichier
2021TOU30003a.pdf (10.49 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03208713 , version 1 (26-04-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03208713 , version 1

Cite

Elodie Bouzekri. Notation et processus outillé pour la description, l'analyse et la compréhension de l'automatisation dans les systèmes de commande et contrôle. Automatique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2021. Français. ⟨NNT : 2021TOU30003⟩. ⟨tel-03208713⟩
218 View
105 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More