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Faculty of Engineering & Built Environment, School of Electrical & Infomation Engineering, MSC Dissertation / The South African electrical utility,ESKOM, is one of the largest in the world with 40 GW capacity, worth R 965 billion, and an annual income of R 33 billion. The people responsible for the voltage control of the ESKOM transmission grid are highly skilled voltage controllers. An investigation was conducted to identify what constitutes their expertise. This is a ultidisciplinary research project that incorporates the fields of Power System Engineering, Industrial and Cognitive Psychology and Neuro-Linguistic Programming. Observations of the voltage controllers at work were carried out followed by in-depth interviews in order to identify, their Mental Control Strategies, Power System Visualization techniques, and Mental Models. Expert and novice voltage controllers were included in the research as well as one in-house Man Machine Interface (MMI) developer. Some of the main findings are: ·The sophisticated mental strategies that allow controllers to simplify the overabundance of data presented to them. ·The subconsciously created vivid mental imagery that they use to make fast intuitive decisions. Having obtained the above information, MMI design and human controller training can be optimised.

<p>För att skapa en produkt som stödjer kundens mål och arbetsprocesser är det av stor vikt att identifiera vilka, men även var och i vilket sammanhang de potentiella brukarna är och agerar. Moderna styrsystem ger möjligheter för flera olika personalkategorier att arbeta med systemen och dessutom används systemen inom skilda domäner där det finns olika behov. Det fanns därför ett behov att, på uppdrag av ABB, utreda vilka behov dessa olika personalkategorier har och hur styrsystemet uppfyller dessa, samt på vilka punkter systemet skulle kunna utöka sitt stöd för de uppgifter som skall utföras.</p><p> </p><p>I form av en fallstudie genomfördes därefter en kartläggning av arbetsmiljö, personalkategorier och olika uppgifter och mål som uppfylls av personalen. Fallstudien genomfördes utifrån ett systemperspektiv med ett sammansatt kognitivt system (JCS) som enhet för analys. Detta perspektiv var även tongivande vid presentation av resultaten i form av karaktäristiska gestaltningar av både brukare och domän.</p><p> </p><p>Studien har visat att befintliga gestaltningstekniker inte är tillräckliga för att gestalta brukare, domän och samspelet där emellan. Vad som krävs är mer djupgående domänbeskrivningar samt ett format för att presentera interaktionen mellan gestaltningarna. Att göra domän- och brukargestaltningar är i sig ingen garanti för att ett systemperspektiv antas, utan hela processen från datainsamling till bruk av färdiga gestaltningar är viktiga komponenter i strävan efter att erhålla ett systemperspektiv.</p><p> </p><p>Den troligtvis viktigaste egenskapen för att säkerställa ett systemperspektiv är expertkunskap hos skapare och brukare av de karaktäristiska gestaltningarna.</p><p> </p>

This thesis focuses on the cooperative and communicative aspects of control over dynamic situations such as emergency management and military operations. Taking a stance in Cognitive Systems Engineering, Decision making and Communication studies, the role of information systems as tools for communication in dynamic situations is examined. Three research questions are examined; 1 ) How new forms of information technology affects joint control tasks in dynamic situations, and how/if microworld simulations can be used to investigate this. 2 ) What the characteristics of actual use of information systems for joint control are in dynamic situations? 3 ) What the pre-requisites are for efficient communication in joint control tasks and especially in dynamic, high-risk situations? Four papers are included. A study performed with a microworld simulation involving military officers as participants is presented, and the method of using microworlds for investigating the effects of new technology is discussed. Field observations from an emergency call centre are used to exemplify how information systems actually are used in a cooperative task. An interview study with military officers from a UN-mission describes the social aspects of human-human communication in a dynamic, high risk environment. Finally, an elaborated perspective on the role of information systems as tools for communication, and especially the relation between the social, organisational and technical layers of a joint control activity is presented.

Essa dissertação é formada por três artigos que versam sobre o Serviço de Atendimento Móvel de Urgência – SAMU, da Região Metropolitana de Porto Alegre. O primeiro artigo analisa a extensão na qual o SAMU opera como um sistema sociotécnico, considerando os 19 princípios propostos por Clegg (2000), tendo ficado claro que o sistema atende a 4, parcialmente a 3 e não atende a 12 deles. O segundo artigo foca o sistema de regulação do SAMU à luz dos quatro subsistemas do sistema sociotécnico: o pessoal, do projeto de trabalho, o tecnológico e do ambiente externo. O método utilizado para análise foi a Análise Macroergonômica do Trabalho – AMT (GUIMARÃES, 2010), que viabilizou a identificação de demanda ergonômica dos envolvidos no sistema, a partir de entrevistas e/ou questionários com 118 pessoas, sendo 41 trabalhadores da regulação e 77 das bases.Os resultados mostraram que os ítens de maior impacto para o desenvolvimento do serviço advém do ambiente externo, principalmente o despreparo da população para o uso do serviço (os trotes chegam a 69% das chamadas) e o risco de omissão de socorro. O terceiro artigo avalia o SAMU como um sistema complexo sob a ótica da Engenharia de Sistemas Cognitivos (ESC), que considera os fatores de coordenação, resiliência e “affordance” que emergem nas interações entre tecnologia e pessoas que compõem um sistema de trabalho. Concluiu-se que o SAMU possui diversas características de um sistema sociotécnico complexo, e que o sistema é descoordenado e clumssy, pois não possui artefatos e procedimentos de trabalho que agilizem o processo de trabalho. As características de resiliência são pró ativas e emergentes, pois os agentes diretos estão em constante adaptação para contornar os obstáculos encontrados no sistema de trabalho. Foram feitas algumas sugestões para melhoria do serviço, que poderão ser efetivadas a longo prazo, tendo em vista as dificuldades impostas pelo ambiente externo (legislação e questões políticas e sócio-culturais). / This dissertation consists of three articles that focus on the Mobile Emergency Service – SAMU of the Metropolitan Region of Porto Alegre. The first article examines the extent to which the SAMU operates as a sociotechnical system, considering the 19 principles proposed by Clegg (2000), it was clear that the system meets the 4, 3 and partially does not meet 12 of them. The second article focuses on the system of regulation of SAMU in the light of the four subsystems of the socio-technical system: staffing, project work, the technological and the external environment. The method of analysis was the Macroergonomic Work Analysis - MWA (GUIMARÃES, 2010), which enabled the identification of ergonomic demands of those involved in the system, based on interviews and / or questionnaires to 118 people, including 41 employees of regulation and 77 bases. The results showed that the items of greatest impact on service development comes from the external environment, especially the unpreparedness of the population using the service (hazing reach 69% of calls) and the risk of failure to save. The third article assesses the SAMU as a complex system from the perspective of Cognitive Systems Engineering (CSE), which considers the factors of coordination, resilience and "affordance" that emerge in the interactions between technology and people that make a system work. It was concluded that the SAMU has several characteristics of a complex socio-technical system and the system is patchy and clumssy as it has no artifacts and work processes that streamline the work process. The characteristics of resilience are clear, as the direct agents are constantly adapting to bypass the obstacles encountered in the work. There have been some suggestions for improving the service, which could take effect in the long term, in view of the difficulties imposed by the external environment (legislation and policy issues and socio-cultural).

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.

Essa dissertação é formada por três artigos que versam sobre o Serviço de Atendimento Móvel de Urgência – SAMU, da Região Metropolitana de Porto Alegre. O primeiro artigo analisa a extensão na qual o SAMU opera como um sistema sociotécnico, considerando os 19 princípios propostos por Clegg (2000), tendo ficado claro que o sistema atende a 4, parcialmente a 3 e não atende a 12 deles. O segundo artigo foca o sistema de regulação do SAMU à luz dos quatro subsistemas do sistema sociotécnico: o pessoal, do projeto de trabalho, o tecnológico e do ambiente externo. O método utilizado para análise foi a Análise Macroergonômica do Trabalho – AMT (GUIMARÃES, 2010), que viabilizou a identificação de demanda ergonômica dos envolvidos no sistema, a partir de entrevistas e/ou questionários com 118 pessoas, sendo 41 trabalhadores da regulação e 77 das bases.Os resultados mostraram que os ítens de maior impacto para o desenvolvimento do serviço advém do ambiente externo, principalmente o despreparo da população para o uso do serviço (os trotes chegam a 69% das chamadas) e o risco de omissão de socorro. O terceiro artigo avalia o SAMU como um sistema complexo sob a ótica da Engenharia de Sistemas Cognitivos (ESC), que considera os fatores de coordenação, resiliência e “affordance” que emergem nas interações entre tecnologia e pessoas que compõem um sistema de trabalho. Concluiu-se que o SAMU possui diversas características de um sistema sociotécnico complexo, e que o sistema é descoordenado e clumssy, pois não possui artefatos e procedimentos de trabalho que agilizem o processo de trabalho. As características de resiliência são pró ativas e emergentes, pois os agentes diretos estão em constante adaptação para contornar os obstáculos encontrados no sistema de trabalho. Foram feitas algumas sugestões para melhoria do serviço, que poderão ser efetivadas a longo prazo, tendo em vista as dificuldades impostas pelo ambiente externo (legislação e questões políticas e sócio-culturais). / This dissertation consists of three articles that focus on the Mobile Emergency Service – SAMU of the Metropolitan Region of Porto Alegre. The first article examines the extent to which the SAMU operates as a sociotechnical system, considering the 19 principles proposed by Clegg (2000), it was clear that the system meets the 4, 3 and partially does not meet 12 of them. The second article focuses on the system of regulation of SAMU in the light of the four subsystems of the socio-technical system: staffing, project work, the technological and the external environment. The method of analysis was the Macroergonomic Work Analysis - MWA (GUIMARÃES, 2010), which enabled the identification of ergonomic demands of those involved in the system, based on interviews and / or questionnaires to 118 people, including 41 employees of regulation and 77 bases. The results showed that the items of greatest impact on service development comes from the external environment, especially the unpreparedness of the population using the service (hazing reach 69% of calls) and the risk of failure to save. The third article assesses the SAMU as a complex system from the perspective of Cognitive Systems Engineering (CSE), which considers the factors of coordination, resilience and "affordance" that emerge in the interactions between technology and people that make a system work. It was concluded that the SAMU has several characteristics of a complex socio-technical system and the system is patchy and clumssy as it has no artifacts and work processes that streamline the work process. The characteristics of resilience are clear, as the direct agents are constantly adapting to bypass the obstacles encountered in the work. There have been some suggestions for improving the service, which could take effect in the long term, in view of the difficulties imposed by the external environment (legislation and policy issues and socio-cultural).

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.

För att skapa en produkt som stödjer kundens mål och arbetsprocesser är det av stor vikt att identifiera vilka, men även var och i vilket sammanhang de potentiella brukarna är och agerar. Moderna styrsystem ger möjligheter för flera olika personalkategorier att arbeta med systemen och dessutom används systemen inom skilda domäner där det finns olika behov. Det fanns därför ett behov att, på uppdrag av ABB, utreda vilka behov dessa olika personalkategorier har och hur styrsystemet uppfyller dessa, samt på vilka punkter systemet skulle kunna utöka sitt stöd för de uppgifter som skall utföras.   I form av en fallstudie genomfördes därefter en kartläggning av arbetsmiljö, personalkategorier och olika uppgifter och mål som uppfylls av personalen. Fallstudien genomfördes utifrån ett systemperspektiv med ett sammansatt kognitivt system (JCS) som enhet för analys. Detta perspektiv var även tongivande vid presentation av resultaten i form av karaktäristiska gestaltningar av både brukare och domän.   Studien har visat att befintliga gestaltningstekniker inte är tillräckliga för att gestalta brukare, domän och samspelet där emellan. Vad som krävs är mer djupgående domänbeskrivningar samt ett format för att presentera interaktionen mellan gestaltningarna. Att göra domän- och brukargestaltningar är i sig ingen garanti för att ett systemperspektiv antas, utan hela processen från datainsamling till bruk av färdiga gestaltningar är viktiga komponenter i strävan efter att erhålla ett systemperspektiv.   Den troligtvis viktigaste egenskapen för att säkerställa ett systemperspektiv är expertkunskap hos skapare och brukare av de karaktäristiska gestaltningarna.