Idea asystenta w procesie sterowania

Idea systemu wspomagającego jako asystenta pilota wynika z połączenia wielu funkcji wspomagających. W systemie sterowania bez wspomagania, który symbolicznie zobrazowano na rys. 7.1a, sygnały sterujące procesami dynamicz-nymi PD są przekazywane przez interfejsy sterujące S, natomiast informacje o stanie są prezentowane na wskaźnikach interfejsu informacyjnego II.

Wspomaganie pilota przez układ techniczny tworzy nowy układ współpra-cy w porównaniu z typowym sterowaniem. Zmianę tę ilustruje rys. 7.1b, gdzie po wprowadzeniu asystenta A nastąpiła zmiana przepływu sygnałów sterujących procesami dynamicznymi PD. Sygnały te mogą być modyfikowane przez asy-stenta, który równieŜ wpływa na wskazania (przekazywane przez interfejsy in-formacyjne II) obrazujące stan procesów dynamicznych.

a) b)

Rys. 7.1. Sterowanie obiektem: a) sytuacja typowego sterowania, b) po wprowadzeniu asystenta

PoniewaŜ asystent znalazł się na drodze sygnałów sterujących, to moŜliwa jest realizacja takiego sposobu działania asystenta, Ŝe w przypadku błędów

pilo-ta przejmuje on sterowanie, wykonując je w sposób uznany za poprawny. Jest to sytuacja zastępowania pilota, w której istnieje niebezpieczeństwo nadmiernego zaufania działaniom asystenta i wyłączenia mentalnego pilota z czynności kon-trolnych stanu samolotu. Jest to efekt uznania przez pilota automatycznych dzia-łań korekcyjnych systemu układów wspomagających za pewne w kaŜdej sytu-acji. Przyjęcie koncepcji wspomagania uwzględniającego konieczność zachowa-nia odpowiedzialności pilota i utrzymazachowa-nia odpowiedniej świadomości sytuacyj-nej prowadzi do metodyki realizacji zabezpieczającej przed wspomnianymi efektami.

Podstawowym zagadnieniem przy wprowadzaniu asystenta jest określenie jego roli oraz roli człowieka. Z przyjętych a priori załoŜeń z zakresu pełnionych ról wynikają zarówno przydział zadań, jak i sposób ich realizacji. Podstawową cechą systemu sterowania z asystentem jest istnienie dwóch elementów sterują-cych – jednym jest człowiek, a drugim asystent. Ma to istotne znaczenie ze względu na konieczność współpracy pomiędzy nimi. RóŜne moŜliwości ukształ-towania tej współpracy implikują przy projektowaniu asystenta konieczność uwzględnienia jego roli w zespole. Biorąc pod uwagę róŜne czynniki, moŜna określić następujące role asystenta w zespole:

1) ze względu na poziom realizacji celu sterowania a) podejmujący decyzje – dowódca,

b) realizator – podwładny,

2) ze względu na wagę podejmowanych decyzji a) nadrzędna,

b) podrzędna, c) równorzędna,

3) ze względu na rodzaj współpracy podczas realizacji zadania cząstko- wego

a) realizator,

b) nadzorca/kontroler, c) kooperant.

Ad 1. Role przyjęte podczas realizacji zadania, polegające na wprowadze-niu realizatora decyzji podejmowanych przez dowódcę tworzą najprostszą pod względem współpracy strukturę. Są bardzo często stosowane w układach wspo-magających operatora, związanych z wykonaniem czynności niŜszego poziomu koniecznych do realizacji zadawanych przez człowieka celów wyŜszego pozio-mu (np. autopilot). Stosuje się je równieŜ do określania celów sterowania z wy-korzystaniem systemu technicznego i realizacji sterowania przez człowieka (np.

podejście ręczne do lądowania z wykorzystaniem systemu ILS). Jednoznaczne rozdzielenie zadania podejmowania decyzji od ich realizacji upraszcza analizę moŜliwych interakcji, upraszcza zatem strukturę systemu.

Ad 2. Określenie wagi podejmowanych decyzji jest związane z sytuacjami konfliktowymi. Jeśli zadania asystenta nie są ograniczone do wąskiego zakresu

realizacji czynności zadawanych przez dowódcę, ale obejmują takŜe podejmo-wanie decyzji, to konieczne jest ustalenie hierarchii. Dobrym przykładem zwią-zanych z tym róŜnic jest porównanie podejścia największych producentów sa-molotów transportowych. Firma Boeing przyjęła załoŜenie, Ŝe automatyka pod-lega pilotowi, który w sytuacjach konfliktowych zawsze moŜe przeforsować swoją decyzję. Odmienne podejście reprezentuje firma Airbus, w której przyję-to, Ŝe automatyka nie tylko recenzuje decyzje pilota, ale takŜe uniemoŜliwia mu działania, które uzna za niepoprawne.

Ustalenie równorzędnych wag jest w sytuacji konfliktowej problematyczne, gdyŜ oznacza, Ŝe sterowanie jest zawsze pewną średnią waŜoną ze sterowań poszczególnych członków zespołu. W sytuacjach krytycznych, a właśnie wtedy istotne jest zapewnienie poprawnych decyzji, moŜe to spowodować osłabienie działania w stosunku do wymaganego w danej sytuacji, a dodatkowo uśrednione działanie jest często całkowicie błędne, podczas gdy róŜne decyzje rozwiązują problem.

RóŜnice we właściwościach człowieka i układów technicznych stanowią potencjał dla efektywnego sterowania, obejmującego zarówno sytuacje typowe (kiedy lepiej radzą sobie układy techniczne), jak i niestandardowe (kiedy czło-wiek moŜe znaleźć rozwiązania na podstawie zarówno wiedzy, jak i działając intuicyjnie), które powinny być uwzględniane przy podejmowaniu decyzji.

Ad 3. Konieczność określenia sposobu współpracy pojawia się podczas realizacji zadań skomplikowanych, umoŜliwiając pełniejsze wykorzystanie za-sobów i właściwości członków zespołu. Wówczas zamiast równoległego podej-mowania i forsowania swoich decyzji moŜliwe jest wyróŜnienie zadań w ramach kooperacji. Generalnie przyjęcie dwóch ról: realizatora i nadzorcy powoduje wykorzystanie zasobów obydwu członków zespołu. Czynniki pominięte przez realizatora mogą być uwzględnione przez kontrolera. Niestety, nadal pozostaje problem wagi decyzji, czyli w sytuacji wykrycia niepoprawnego działania reali-zatora określenia, czy kontroler ma uniemoŜliwić kontynuację (a więc zmienić swoją rolę), czy jedynie poinformować o niebezpieczeństwie.

Podczas realizacji zadań złoŜonych, w których wyróŜnia się zadania skła-dowe, istnieje dodatkowa moŜliwość kooperacji, wynikająca z rozdzielenia za-dań na członków zespołu. Wtedy jeden z członków zespołu zajmuje się zada-niem na poziomie wyŜszym, a zlecone zadania składowe wykonuje kooperant (podział dla tego zadania odpowiada rolom z pkt 1.). Istotne jest jednak to, Ŝe kooperant jest nadzorowany przez realizatora głównego, aby sposób realizacji zadania cząstkowego wpisywał się w zadanie całościowe.

Z przeprowadzonej analizy wynika, Ŝe asystent moŜe mieć róŜne cechy, przez co w róŜny sposób kształtuje charakterystyki całego systemu. Z punktu widzenia człowieka asystent moŜe być wyodrębniony z systemu bądź stanowi zintegrowany element tego systemu. Przez zintegrowanie naleŜy tu rozumieć integralność na poziomie funkcjonowania, a nie realizacji. W zintegrowanej awionice aplikację asystenta moŜna uruchomić na tym samym komputerze co

inne aplikacje sterujące, pomiarowe, a nawet aplikacje związane z funkcjami obsługi pasaŜerów. MoŜe to być takŜe specjalnie do tego przeznaczony kompu-ter połączony magistralą danych z resztą systemu.

Ukształtowanie asystenta jako elementu systemu powoduje, Ŝe w efekcie następuje zmiana charakterystyk całego systemu, co odzwierciedla schemat na rys. 7.1b. PoniewaŜ sygnały sterujące nie oddziałują bezpośrednio na procesy dynamiczne, to w efekcie człowiek nie steruje tymi procesami, lecz procesami o efektywnej dynamice wynikającej z działania asystenta. Taka struktura ozna-cza, Ŝe nadrzędną rolę w systemie pełni asystent. Aby zmienić tę rolę, konieczne jest odłączenie asystenta lub wyłączenie jego określonych funkcji.

Asystent wyodrębniony z systemu staje się partnerem człowieka, a wyko- rzystanie go przybiera postać dialogu, w którym asystent przedstawia swoje propozycje, a równocześnie reaguje na działania człowieka. Przykładowo, jeŜeli przyjęto nadrzędną rolę pilota, a decyzja asystenta nie została zaakceptowana, to asystent powinien zaakceptować decyzję pilota.

Wprowadzenie sterowanej siły reakcji sterownicy (rozdz. 6.) jest metodą zmiany struktury komunikacji pomiędzy urządzeniem a człowiekiem. Modyfi-kacja siły reakcji jest komunikatem, na który człowiek w jakiś sposób reaguje.

W procesie sterowania pojawia się zatem dialog – obustronna wymiana infor-macji. W zaleŜności od pozycji lub przyjętych ról uczestników przebieg dialogu moŜe być róŜnorodny. Podstawowym czynnikiem określającym role w dialogu jest przyjęcie hierarchii. NaleŜy zauwaŜyć, Ŝe przy rozwiązaniach bez dialogu hierarchia jest ściśle ustalona, czyli tego co jest dozwolone podczas realizacji przez człowieka, układ nie zabrania, a to co nie jest dozwolone, staje się niemoŜ-liwe do realizacji. W przypadku dialogu pojawia się moŜliwość, ale takŜe ko-nieczność uzgadniania bądź akceptacji decyzji przez uczestników dialogu.

Struktura z wyodrębnionym asystentem przedstawiona na rys. 7.2 ukazuje podstawowy problem równoczesnego sterowania przez dwa elementy. Pojawił się dodatkowy element D, związany z decyzją wyboru sterowania. Element de-cyzyjny komplikuje strukturę całego systemu, co jednak nie oznacza, Ŝe model efektywny systemu jest bardziej złoŜony. Rolą projektanta, świadomego czynni-ków związanych z interakcjami występującymi przy współpracy człowieka ze zautomatyzowanymi urządzeniami technicznymi, jest właśnie ukształtowanie sposobu działania systemu upraszczającego model efektywny, z zachowaniem odpowiedniego poziomu świadomości sytuacyjnej. Zastosowanie adaptacyjnej automatyzacji dostosowującej charakterystyki obiektu do potrzeb człowieka realizującego sterowanie jest ogólnym zaleceniem.

Wprowadzenie formy dialogu rozbudowuje funkcje interfejsów. Aby nie powodować przeciąŜenia informacyjnego, korzystne są modyfikacje elementów odbierających sygnały sterujące człowieka w taki sposób, aby takŜe przez te elementy moŜliwy był dwukierunkowy przepływ informacji. Przekazanie infor-macji bezpośrednio przez organa sterowe jest metodą zwiększenia strumienia informacji bez konieczności zwiększenia obciąŜenia kanału wzrokowego. Jest to

Rys. 7.2. Schemat systemu z wyodręb-nionym asystentem

szczególnie istotne w sytuacji, gdy sterowanie zadawane przez pilota nie jest realizowane ze względu na decyzję asystenta (nadrzędna rola asystenta).

Inną moŜliwością jest takie wykorzystanie charakterystyki organów stero-wych, aby przy braku akceptacji decyzji podejmowanej przez człowieka siła reakcji przeciwdziałała tej decyzji, a w przypadku rezygnacji i puszczenia orga-nu sterowego następowało sprowadzenie w połoŜenie uznane przez asystenta jako odpowiadające prawidłowemu sterowaniu. Taki sposób działania asystenta oznacza, Ŝe pełni on funkcję kontrolną, nie uniemoŜliwiając sterowania.