Litteraturfortolkning i forbindelse mede et større designarbejde til et nyt kontrolrum for S-Banen. Artiklen fokuserer på 2 yderst vigtige begreber Abstaktionshierarki og de 3 Kognitive Kontrolniveauer.
Økologisk Interface Design
Bearbejdning/fortolkning af Jens Rasmussen arbejder ved Tom Jelsing
I selv de bedst designede kontrolsystemer vil der altid være en chance for, at der opstår uventede sikkerhedstruende begivenheder, der er oversete og derfor ikke medtaget i det sæt af basisbegivenheder systemet er designet til at håndtere. EID er en metode, der giver operatøren optimale muligheder for at klare en sådan pludselig opstået situation.
Om Økologisk Interface Design (EID).
En interface er en media for kommunikation imellem en operatør og en teknisk system. For at kommunikationen imellem to parter kan være effektiv må parterne have en fælles opfattelse (fx sprog). Hensigten med EID er imellem mennesket og maskinen at skabe en fælles opfattet repræsentation af problemløsningsområdet. Det er fundamentalt for EID at problemløsningsområdet er afgrænset og kan beskrives ved en række parametre. Dvs. opgaveområdet er en lukket verden bestående af forbindelser og begrænsninger. "Økologisk" i denne forbindelse refererer til en økologisk indfaldsvinkel til psykologi, der herved beskæftiger sig ikke blot en organisme men med det mere vigtige; nemlig samspillet imellem organismen og dens omgivelser
EID er en struktur for interfacedesign, der støtte de grundlæggende egenskaber ved kognition (menneskelig informationsbehandling og erkendelse). Det første step er derfor at basere designbeslutningerne på den viden, der findes herom. Viden om kognition kan beskrives ved forskellige modeller, hvoraf Rasmussens HIP (Human Information Processing) benyttes i det følgende. Denne model er velegnet ved at bygge på observation af operatører og problemløsningsaktiviteter i den virkelige verden.
Modellen består af 2 forskellige undersystemer:
1. bevidst informationsbehandling og
2. ubevidst informationsbehandling (svarer til Tor Nørretranders henholdsvis "jeg" og "mig" / TJ). De 2 undersystemer har vidt forskellige egenskaber.
Bevidst informationsbehandling: Er langsom, sekventiel, besværlig og begrænset af kortidshukommelsens kapacitet (7±2 emner). Styrken er imidlertid i evnen til at opererer med symboler, modeller og strategier og derved førstegangssituationer. Bevidst informationsbehandling er ansvarlig for rationel analytisk tænkning som improvisation beslutningtagen og ræsonneren, samt for overordnet koordinering af den ubevidste informationsbehandling.
Ubevidst informationsbehandling: Er hurtig, parallel, ubesværet, og har høj databehandlingskapacitet (informationsbåndbredde /TJ). Dette system er grundlæggende ansvarlig for perception (input til operatøren: syns-, høre-, lugte- og følesans), motorik (output fra operatøren: bevægelser og tale) og intuitive skøn. Dekodede mønstre fra sanseinput benyttes til at kontrollere bevægelsessystemet koordineret af operatørens model af verden i reel tid. En vigtig konsekvens heraf er, at operatøren bliver en føjelig, målrette skabning. Dataformatet for denne sanse-motoriske funktion er tid-rum signaler (hvornår/hvad/hvor). Hovedbegrænsningen i den ubevidste behandling er, at den kun kan håndtere velkendte og hyppige oplevede situationer. Når en førstegangssituation opstår skifter den ubevidste informationsbehandling derfor til bevidst informationsbehandling
Hvad betyder dette for interfacedesign: Det er karakteristisk for komplekse systemer at operatørerne er højt uddannede og har omfattende erfaring i at opererer systemet og at interface designet derfor kan være meget specifikt for opgaven. Disse to forhold gør ubevidst informationsbehandling til en attraktiv mulighed. Der er enorme styrker heri, udviklet helt fra da det primitive menneske skulle overleve i naturen.
Men ubevidst informationsbehandling er klart ikke altid tilstrækkelig.
Under design af interfaces kan vi ikke ændre opgavenaturen og operatørens egenskaber. Den mest effektive måde, folk kan klare opgavekravene på, er at benytte menneskets stærkeste evner.
Økologisk Interface Design (EID)
Notater og ekstrakt ved bearbejdning af kilde [1] ved Tom Jelsing Okt. 92
[1] Kim J. Vincente and Jens Rasmussen: IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics July/August 1992. p. 589-604
"Ecological Interface Design: Theoretical Foundations"
Yderligere er der hentet støtte i [2], der i [1] refereres som [79]:
[2] Jens Rasmussen: IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics SMC-13 1985, pp 257-267
"Skills,Rules, knowledge: Signal, signs and symbols and other distinctions in human performance models

[589] I. INTRODUCTION
EID er baseret på færdigheder, regler og videnklassifikation fra kognitiv kontrol.
Hovedmål:
• Processen må ikke tvinges til et højere niveau end opgaven kræver
• De tre niveauer i kognitiv kontrol (mere herom senere).
1. Videnbaseret adfærd (Knowledge-Based Behavior KBB)
2. Regelbaseret adfærd (Rulel-Based Behavior RBB)
3. Færdighedsbaseret adfærd (Skill-Based Behavior (SBB)
En EID interface må ikke gøre opgaven vanskeligere, og den skal støtte samtlige aktiviteter operatøren stilles overfor. EID er et forsøg på at udvide fordelene ved direct manipulation (DMI) til komplekse arbejdssammenhænge
[589) A. Unanticipiated Events
mulig klassifikation: (se også skema forrige side)
1) Velkendte og forudsete hændelser: Rutineopgaver som operatøren oplever hyppigt. Som resultat af en betydelig mængde erfaring og træning opnår operatørene de færdigheder, der kræves for at håndtere disse begivenheder. Human factors problems: Slips (=fejl i udførelsen) kan reduceres via traditionelle ergonomiske guidelines.
2) Uvante men forudsete hændelser: Optræder sjældnere, og derfor har operatøren ikke stor erfaring at støtte sig til. Men begivenhederne er forudsete af designeren, som har indbygget hjælpemidler som procedure, beslutningsstøtte, automatik (intelligens), etc. Disse forudsete løsninger forsyner operatøren med den fornødne hjælp i disse situationer. Human factors problems: Mistakes (=fejl i intention) kan kun forhindres ved inddragelse af de kognitive faktorer i operatørens adfær.
3) Uvante og uforudsete hændelser: Optræder sjældent i et godt system. Men begivenhederne er ikke forudset af designeren. Derfor kan operatørene ikke støtte sig til indbyggede løsninger, men må selv improvisere. Selv i det bedst designede system er der chance for, at væsentlige sikkerhedstruende begivenheder er blevet overset. Human factors problems: Det er klart at midlerne under 1 og 2 ikke kan benyttes (da begivenheden er ukendt). De fleste systemer giver ingen operatørstøtte i denne situation, og dette kan ifølge problemets natur heller ikke ind-designes. En alternativ approach er derfor nødvendig.

[590] B. Outline
[590] C. Relation to previous work

[590] II. PROBLEM FORMULATION

[590] A. Fundamentals:
1. The law of Reguisite Varity (fornøden mangfoldighed) siger, at komplekse systemer kræver kompleks kontrol på den ene eller anden måde, som må varetages af enten designeren/systemet eller af operatøren.
2. Et system kan beskrives ved et antal indskrænkninger. (Fx systemets formål, naturlove, politikker, funktionsnatur, HW, topologi og udseende.
3 Et godt kontrolsystem må være en model af det system, det kontrollere (=maskine+operatør).
[590] B. The Structure of the Design Problem:
De på fig. 1 viste spørgsmål er kernen i interfaceproblemet. Det ene spørgsmål er relateret til domænet det andet til operatøren. Dette er parellelt med organisme-miljø gensidigheden i økologisk psykologi. Deraf navnet i den aktuelle forbindelse.Der er også andre spørgsmål (Context sensivity (sammenhængs følsomhed?), Visual momentum, Dialog)

[591]III. THE ABSTRACTION HIERARCHY
Et abstraktionshierarki er en struktur, der præsenterer et arbejdsdomæne på en relevant måde for interface design.
[591] A. What Kind of Hierarchy?
Karakteristiske egenskaber (med dertil hørende fordele) ved Rasmussens Abstraktions h

1) Hver lag i hierarkiet har med det samme system at gøre, den eneste forskel er, at de forskellige lag betragter systemet ved forskellige beskrivelser eller modeller.
2) Hvert lag har sine egne unikke termer, koncepter og principper.
3) Valg af lag ved beskrivelse af et system afhænger af observatøren og hans viden om og interesse i systemet. I mange systemet er der imidlertid lag, som er helt naturlige og umiddelbare.
4) Kravene til god systemfunktion på hvert niveau fremtræder som afgrænsninger i den meningsfulde operation på lavere niveauer, medens evalution af systemtilstanden specificeres ved de lavere niveauers virkning på de højere niveauer.
5) Forståelsen af systemet forøges ved at krydse niveauer. Ved at bevæge sig op i hierarkiet opnås en dybere forståelse for betydningen af de systemmål der skal opnås, medens en bevægelse nedad i hierarkiet giver en mere detaljeret forklaring på, hvordan systemet fungere med henblik på at udfører disse mål
[592]: Eksempel på abstraktionshierarki
5 typiske lag har vist sig brugbare ved beskrivelse af processkontrolsystemer, idet lag 1 er højeste niveau
1. Functional purpose: Formålet med systemets design (funktionelt formål).
2. Abstract function: De ønskede konsekvenser i processen i form af materiale-, energi-, informations-, eller værdiflow.
3. Generalized functions: De grundlæggende funktioner systemet skal udføre
4. Physical function: Karakteristika ved komponenter i systemet og deres
forbindelser.
5. Psysical form: Udseende og rumlig placering af disse komponenter.

Et abstraktionshierarki giver operatøren fornøden indsigt til at kunne håndtere uforudsete begivenheder. DIC-S (Kontrolrum til S-banen) må umiddelbart kunne indpasses i ovenstående struktur, fx. umiddelbart og uden dyb overvejelse:
1. Functional purpose: Sikker og rationel afvikling af S-banetrafikken.
2. Abstract function: Optimeret materiel- og personaleanvendelse. Dynamisk køreplan. Højt operationel og publikumsvendt informationsniveau, etc
3. Generalized functions: Trafikstyring, Køreplanopbygning, Personelplan, Materielplan.
4. Physical function: Karakteristika ved ovenstående komponenter.
5. Psysical form: Sportopologier, togplaceringer, signalstatus, etc, etc.
[592] B. Coping with Unanticipatet Events: A Historical Overview
[592] C. Relation to Other Work
[593] D. Psychological Relevance
En vigtig egenskab er, at højere niveauer er mindre komplicerede, og at operatøren herfra kan se skoven for bare træer.
[594] E. Conclusion
[594] IV. MULTIBLE LEVELS OF COGNITIVE CONTROl

SRK=Skills, Rules and Knowledge.
Information kan fortolkes som signaler, tegn eller symboler, og måden de fortolkes på bestemmer hvilket af de 3 Cognitive Control niveauer, der aktiveres. Niveau 1 er det højeste:

1. KBB: Knowledge-Based Behavior. Videnbaseret adfærd.
2. RBB: Rule-Based Behavior. Regelbaseret adfærd.

3. SSB: Skill-Based Behavior. Færdighedsbaseret adfærd.

[594] A. The power of perception
De 3 Kognitive Kontrol niveauer kan grupperes sammen til to hovedkategorier. Forskellen mellem disse to modes er fælles for faktisk al struktur i menneskelig ydeevne.
a. KBB Analytical processing:
Langsom, arbejdskrævende problemløsning i seriel proces. Større fejlhyppighed, men operatøren kan håndtere ualmindeligheder.
b. RBB+SBB: Perception processing:
Hurtig, uanstrengende problemløsning i parallel. Mindre fejlhyppighed, men kan kun etableres i velkendte situationer, hvor operatøren er i harmoni med miljøets perceptoriske egenskaber.
To karakteristika i komplekse arbejdsdomæner gør det muligt at benytte denne viden til designformål:
1. Operatøren af sådanne systemer er højt uddannede og har stor erfaring i at arbejde med systemet.
2. Interface design for komplekse systemer???(Spørgsmål til JR)
[595] B. The Propensity for perceptiual Processing

Mennesket har tilbøjelighed til at arbejde perceptorisk frem for analytisk!
a. Beslutning via analyse (analytical decision making)
• Kræver at operatøren genererer et komplet sæt af alternativer.
b. Beslutning via genkendelse (recognitional decision making)
Selv i kritiske situationer betror eksperter sig ofte hertil. Kræver mindre mental anstrengelse.
Effektiv ved at tillade eksperter at udnytte deres erfaring.
Som følge af erfaringsrigdom kan eksperter hurtigt generere en plausibel handling.
Er hurtigere og tillader effektivt eksperter at arbejde under tids-stress.

[596] More eksamples and what can go wrong:
Problemet med mange eksisterende interfaces er, at de straffer i stedet for at støtte operatørens præferencer ved perceptorisk processing (Lavt kognitivt kontrol niveau).
a. Deep Control (≈KBB)
b. Surface Control (≈RBB+SBB)
Surface/Deep Control er andre betegnelser for samme, og i alle tilfælde er der tale om kontinuerte overgange. Alligevel foretrækker procesoperatørene udpræget overflade kontrol (lav kognitiv kontrol) ligesom i mange andre forbindelser (fejlfinding, management, økonomi, matematik).
Folk foretrækker udpræget et lavt kognitivt niveau og interfaces må derfor designes således, at folk effektivt kan tage en opgaves udfordringer op på et lavt kognitivt kontrol niveau.

[597] C. Skills and Task Effects
Kobling imellem operatørens færdigheder og opgavens kompleksitet.
• Den hidtidige argumentation anbefaler, at interfaces skal supportere perceptorisk processing.
• Men det er samtidig vigtigt at gøre sig klart, at også højere niveauer må kunne aktiveres.
• Måden information repræsenteres på, leder ikke nødvendigvis til det niveau den fortolkes på!
• Niveauet af cognitiv kontrol vil variere som en sammenhængende funktion imellem operatørens færdigheder og opgavens kompleksitet.
• For virkelig at være effektiv skal en interface derfor supportere alle niveauer af kognitiv kontrol. Hvordan kan dette opnås? For at kunne bestemme informationskravene for hvert niveau er det nødvendigt at forstå, hvordan de forskellige lag er relaterede, og hvad aktiviterne for hvert enkelt lag består af.
[597] D. Interaction Between Levels
Skønt det er muligt at beskrive hvert niveau uafhængigt, vil en realistisk kompleks opgave sædvanligvis kræve simultane overvejelser imellem alle 3 niveauer af kognitiv kontrol.
Men aktiviteterne tilknyttet hvert niveau er temmelig forskellige fra hinanden. Fx er den information, der er nødvendig ved on-line kontrol og off-line planlægning, typisk forskellig, ved ikke at tilhøre samme tidsramme eller problemområde.
Informationen til operatøren har 3 klare formål:
1. Aktivering af en færdighedsrutine [Opgave stillet til operatøren).
2. Årsagen til rutinerne (Hvorfor).
3. Monitering af resultatet (Feedback)
[597] E. Implications for Interface Design
Den hidtidige resoneren er opsummeret i følgende skema:
<<figur>>
Det næste step er at udvikle et sæt foreskrevne principper, der tillader designeren at nå dette mål.
bemærk:
SBB: Kan kun trigges når information præsenteres i form af tid/rum information.
RBB: Trigges af velkendte (perceptoriske) genkendelige former [ tegn).
KBB: Aktiveres af meningsfulde sammenhængende strukturer (Symboler)
[598] V. ECOLOGICAL INTERFACE DESIGN
Intentionen er at udvikle et enkelt design, der supporterer alle 3 niveauer af kognitiv kontrol.
[598] A. The principle
1. SBB (færdighedsbaseret adfærd)
Til støtte for interaktion med tid/rum signaler skal operatøren være i stand til at arbejde direkte på et display, og strukturen af den viste information skal helt eller delvist være af samme form (isomorphic) som (den sande) bevægelsesstruktur.
• Da operatøren ikke direkte kan operere med processens komponenter, vil de motoriske kontrolmønstre på SBB niveauet koncentrere sig om at manipulere objekter vist på et interface-display.

• Brug af mus eller trackball anbefales til denne opgave, fordi den holder perceptionssløjfen intakt.

• Kobling imellem perception og aktion er kritisk for SBB. Eksempel: At spille et musikinstrument.
• <mere>

2. RBB (regelbaseret adfærd)
Tilbyd operatøren en konsistent en-til-en kobling (mapping) mellem arbejdsdomæne afgrænsningerne og de stikord/tilbud/tilskyndelser (cues or signs) interfacen tilbyder.

• Et problem ved traditionelle interfaces kan være, at der ikke er nogen konsistent mapping imellem de perceptoriske tilbud (ikoner, og skærmgrafik, etc) og afgrænsningerne med hensyn til procesforløbet. Dette leder til proceduremæssige fælder, hvor operatøren må basere sig på deres gamle regelsæt, men nu uden den sædvanlige succes.
• <eksempel fra TMI>

• Det er vigtigt at operatøren kender grænsebetingelserne for at interfacen "viser rigtigt".

• Lav en unik og præcis mapping imellem begrænsninger i procesforløbet og de tilskyndelser (cues) interfacet tilbyder. (Interfacet må fx naturligvis ikke tilbyde noget, der ikke er sandt eller ikke kan lade sig gøre).

• Fejlhyppigheden reduceres når interfacets tilskyndelse til aktion, baseret på fundamentale proces egenskaber, er entydigt defineret af den underliggende systemtilstand???

• Det kan imidlertid ske, at operatøren for hyppigt basere sig alene på perceptuelle tilskyndeles fra interfacen uden i stedet at basere sig på KBB. Et eksempel herpå er skibsnavigation.
• <mere>

3. KBB (videnbaseret adfærd)
Repræsentere arbejdsdomænet i form af et abstraktionshierarki, der tjener som en uddraget mental model, der supporterer videnbaseret problemløsning.
• <mere>

[569] B. Limitations

[600] VI. WHAT IS THE CONTRIBUTION OF EID

[600] A. Communicating the Information to the Operator

[601] B. Representing the Complexity in the Domain

[602] VII. EMPERICAL EVALUATION

[603] VIII. CONCLUSION
<< [Hertil 23 okt 92. Der vil især være mere og vigtigt at hente ved yderligere bearbejdning af afsnit 5] >>