Analysis of joint cognitive systems : a study of take-off speeds calculation in commercial aviation

Abstract

Esta tese tem como problema de pesquisa “como analisar atividades e eventos na perspectiva da teoria dos sistemas cognitivos correlacionados com foco no trabalho e nos fenômenos emergentes das interações entre humanos e seus sistemas tecnológicos?” A partir disso, busca como objetivo, propor um protocolo para realização dessa análise. A pesquisa é realizada por meio de um estudo etnográfico no contexto da análise da atividade de cálculo das velocidades de decolagem em aeronaves de transporte comercial, sendo apresentada em cinco artigos. O primeiro descreve de que modos o campo da Engenharia de Sistemas Cognitivos (CSE) vem sendo constituído. Adicionalmente, é proposta uma agenda de pesquisa em sistemas socio‐técnicos complexos enfatizando a necessidade de trabalhos com o foco de análise nos fenômenos emergentes das interações, tomando o sistema cognitivo como unidade de análise. O segundo artigo visa à identificação e caracterização da atividade de cálculo das velocidades de decolagem e dos protótipos de falhas nessa atividade. Os resultados indicam a existência de fragilidades caracterizadas por 12 protótipos de falhas. O terceiro artigo tem por objetivo analisar o cálculo das velocidades de decolagem como um processo de cognição situada e distribuída, a fim de identificar possíveis vulnerabilidades nessa atividade. O estudo constatou quatro vulnerabilidades, vistas aqui muito mais como características nos processos da atividade: as representações ao nível do cockpit são sempre parciais e incompletas; algumas interações requerem, além da corporificação, interpretações; as interações entre os agentes não seguem um processo canônico de coordenação; e o controle da prevenção de falhas é preciso, porém, não é adequado. O quarto artigo descreve como a coordenação pode ser interpretada como um fenômeno cognitivo distribuído e situado em cockpit de aeronaves. Nesse sentido, o estudo parte da integração da perspectiva da teoria dos sistemas cognitivos correlacionados com quatro requisitos de coordenação descritos na literatura: representação compartilhada (common ground), interprevisibilidade, diretividade e sincronia. A automação, além dos pilotos, é concebida como um terceiro agente da cabine. Como resultados dessa integração, são propostos quatro modos de coordenação no cockpit, os quais ocorrem em diferentes etapas de um voo. O quinto artigo apresenta o protocolo para análise dos fenômenos emergentes resultantes de interações em sistemas cognitivos correlacionados A aplicação do protocolo é ilustrada por meio da análise do cálculo das velocidades de decolagem. Os resultados do estudo são usados para a avaliação do protocolo, segundo critérios de validade, confiabilidade, usabilidade e potencial para alavancagem de melhorias.

This thesis seeks to answer the research question “how to analyze activities and events in the perspective of joint cognitive systems as focused on the work and the phenomena emerging from interactions between humans and their technical system?” Hence, the study aims at proposing a protocol to carry out this analysis. The research is conducted by means of an ethnographic research in the context of the activity of takeoff speeds calculation in commercial transport aircraft, and is presented in five articles. The first one describes how the conceptual field of Cognitive Systems Engineering (CSE) has been made up. In addition, a research agenda in complex socio‐technical systems is proposed, emphasizing the need for the analysis of work with focus on phenomena emerging from interactions. The second article aims at identifying and characterizing the activity of take‐off speeds calculation and its prototypes of failure. The results indicate the existence of fragilities, that were organized in 12 prototypes of failure. The third article aims at analyzing take‐off speeds calculation as a situated and distributed process in order to identify possible vulnerabilities in this activity. The study has found four vulnerabilities, which are seen as characteristics of the process: the representations at the cockpit level are always partial and incomplete; some interactions require interpretations instead of corporifications; the interactions between agents do not follow a canonical coordination process; and the failure prevention control is accurate, although, not adequate. The fourth article describes how coordination may be interpreted as a situated and distributed phenomenon in the cockpit of an aircraft. In this respect, the study draws on the integration of the perspectives of joint cognitive systems theory with four coordination requirements described in the literature: shared representation (common ground), interpredictability, directability and synchrony. Automation, rather than only pilots, is conceived of as a third agent in the cabin. As a result of this integration, four modes of coordination in the cockpit are proposed, which occur at different stages of the flight. The fifth article presents a protocol for the analysis of emerging phenomena in joint cognitive systems. The application of the protocol is illustrated by means of the analysis of take‐off speeds calculation. The results of the study are used for the evaluation of the protocol, according to criteria of validity, reliability, usability and potential for the leverage of improvements.