La Herramienta de Integración de Investigación de Desempeño Mejorado (IMPRINT) es una herramienta de software de simulación de eventos discretos y modelado de desempeño humano desarrollada por el Laboratorio de Investigación del Ejército y Micro Análisis y Diseño (adquirido por Alion Science and Technology). Está desarrollado utilizando .NET Framework . IMPRINT permite a los usuarios crear simulaciones de eventos discretos como redes de tareas visuales con lógica definida utilizando el lenguaje de programación C # . IMPRINT es utilizado principalmente por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos para simular la carga de trabajo cognitivade su personal al interactuar con tecnología nueva y existente para determinar los requisitos de mano de obra y evaluar el desempeño humano. [1]
Desarrollador (es) | Alion Science and Technology, Army Research Laboratory , US Army CCDC Data and Analysis Center |
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Lanzamiento estable | 4.6.60.0 |
Escrito en | .NET Framework , C # |
Sistema operativo | Microsoft Windows |
Tipo | Simulación de eventos discretos |
Sitio web | www |
IMPRINT permite a los usuarios desarrollar y ejecutar modelos estocásticos de desempeño del operador y del equipo. IMPRINT incluye tres módulos diferentes: 1) Operaciones, 2) Mantenimiento y 3) Fuerzas. En el módulo de Operaciones , los usuarios de IMPRINT desarrollan redes de eventos discretos (tareas) que se realizan para lograr los resultados de la misión. Estas tareas están asociadas con la carga de trabajo del operador que el usuario asigna con orientación en IMPRINT. Una vez que el usuario ha desarrollado un modelo, se puede ejecutar para predecir la probabilidad de éxito de la misión (por ejemplo, el logro de ciertos objetivos o la finalización de tareas dentro de un período de tiempo determinado), el tiempo para completar la misión, la carga de trabajo experimentada por los operadores y la secuencia de tareas (y cronograma) a lo largo de la misión. Al utilizar el módulo de mantenimiento , los usuarios pueden predecir los requisitos de mano de obra de mantenimiento, los requisitos de personal y la preparación operativa, entre otros factores de mantenimiento importantes. Los modelos de mantenimiento constan de escenarios, segmentos, sistemas, subsistemas, componentes y tareas de reparación. El modelo de mantenimiento estocástico incorporado subyacente simula el flujo de sistemas en segmentos de un escenario y el desempeño de las acciones de mantenimiento para estimar las horas de trabajo de mantenimiento para los sistemas definidos. El módulo Fuerzas permite a los usuarios predecir los requisitos de mano de obra integrales y multinivel para grandes organizaciones compuestas por un conjunto diverso de puestos y roles. Cada unidad de fuerza consta de un conjunto de actividades (planificadas y no planificadas) y trabajos. Esta información, cuando se modela, ayuda a predecir la mano de obra necesaria para realizar el trabajo rutinario y no planificado realizado por una unidad de fuerza.
IMPRINT ayuda a los usuarios a evaluar la integración del personal y el rendimiento del sistema a lo largo del ciclo de vida del sistema, desde el concepto y el diseño hasta las pruebas de campo y las actualizaciones del sistema. Además, IMPRINT puede ayudar a predecir los efectos del entrenamiento o los factores de personal (por ejemplo, según lo define la Especialidad Ocupacional Militar) sobre el desempeño humano y el éxito de la misión. IMPRINT también tiene funciones integradas para predecir los efectos de factores estresantes (por ejemplo, calor, frío, vibración, fatiga, uso de ropa protectora) en el desempeño del operador (tiempo de finalización de la tarea, precisión de la tarea).
El módulo de operaciones de IMPRINT utiliza una red de tareas, una serie de funciones que se descomponen en tareas, para crear modelos de desempeño humano. [2] Las funciones y tareas en los modelos IMPRINT generalmente representan unidades atómicas de comportamientos humanos o de sistemas más grandes. Una de las características principales de IMPRINT es su capacidad para modelar la carga de trabajo humana. Los usuarios pueden especificar niveles de carga de trabajo visual, auditiva, cognitiva y psicomotora para tareas individuales que pueden medir la carga de trabajo general para los humanos en el sistema e influir en el desempeño de la tarea. [3] [4]
Historia
La herramienta IMPRINT surgió de preocupaciones comunes de personal, personal y entrenamiento (MPT) de la Fuerza Aérea, la Armada y el Ejército de los EE. UU. Identificadas a mediados de la década de 1970: Cómo estimar las restricciones y requisitos de MPT al principio de la adquisición del sistema y cómo ingresar esas consideraciones en el proceso de diseño y toma de decisiones. La Marina de los EE. UU. Desarrolló por primera vez la Metodología de Comparabilidad (HCM) HARDMAN (HARDware vs. MANpower). Luego, el Ejército adaptó el HCM manual, que se conoció como HARDMAN I, para su aplicación a una amplia gama de sistemas de armas y luego desarrolló una versión automatizada, HARDMAN II. En HARDMAN I y II, sin embargo, no hubo un vínculo directo entre MPT y rendimiento. Para remediar directamente esta deficiencia, el Ejército de los EE. UU. Inició el desarrollo de un conjunto de módulos de análisis de software a mediados de los años 80. [5] Este conjunto de módulos se llamó HARDMAN III, y aunque el nombre era el mismo, utilizó un enfoque fundamentalmente diferente para abordar las preocupaciones de MPT que los métodos anteriores: proporcionó un vínculo explícito entre las variables de MPT y el rendimiento del sistema soldado [6]
Herramienta HARDMAN II.2: HARDMAN II se llamaba anteriormente MIST (Tecnología de sistemas integrados de hombre). HARDMAN II.2 fue lanzado por primera vez por el Instituto de Investigación del Ejército (ARI) en 1985. Necesitaba una computadora Vax-11 para albergar el conjunto de procesos analíticos. Durante 1990 se lanzó una versión mejorada.
Herramientas HARDMAN III: HARDMAN III fue un importante esfuerzo de desarrollo del Laboratorio de Investigación del Sistema del Instituto de Investigación del Ejército (ARI) (que ahora se ha convertido en parte del ARL HRED). El contrato que apoyó el trabajo se dejó en un proceso de desarrollo de tres fases. [7] Cada fase resultó en múltiples adjudicaciones a los contratistas, basadas en una evaluación competitiva del trabajo que cada contratista produjo en la fase anterior. La primera fase, Desarrollo de conceptos, comenzó en septiembre de 1986 y finalizó en abril de 1987. La Fase 2, Especificación de requisitos, comenzó en junio de 1987 y finalizó en enero de 1988. La fase 3 empezó en abril de 1988 y finalizó en agosto de 1990.
HARDMAN III era propiedad del gobierno y consistía en un conjunto de ayudas automatizadas para ayudar a los analistas a realizar análisis MANPRINT. Como software para PC basado en DOS, las ayudas HARDMAN III proporcionaron un medio para estimar las limitaciones y requisitos de mano de obra, personal y entrenamiento (MPT) para nuevos sistemas de armas muy temprano en el proceso de adquisición. El entorno DOS impuso varias limitaciones al conjunto de herramientas de HARDMAN III. El problema más significativo fue la limitación de RAM de 640K. Las herramientas originales de HARDMAN III tuvieron que diseñarse para que las partes de los análisis pudieran caber dentro de estos bloques de RAM. Sin embargo, el poder de un análisis MANPRINT radica en la integración de las variables cuantitativas en los dominios del estudio. Para respaldar la compensación de, digamos, mano de obra y personal, debe poder considerarlos de manera integrada. Desafortunadamente, el entorno de DOS forzó el flujo de datos a través de los dominios analíticos a ser más forzado y deliberado de lo ideal.
Además, el entorno de DOS imponía limitaciones al alcance del análisis que se podía realizar. Dado que el análisis de HARDMAN III se basa en tareas e incluye modelos de simulación de misiones del sistema, la cantidad de datos que se pueden administrar a la vez debe ajustarse a las restricciones de RAM. Esto llevó a una restricción de 400 tareas operativas y 500 tareas de mantenimiento.
Los nueve módulos de HARDMAN III fueron:
- Ayuda de evaluación del sistema basada en MANpower (MAN-SEVAL): se utilizó MAN-SEVAL para evaluar la carga de trabajo humana.
- Herramienta de análisis de carga de trabajo (WAA): integra dos tecnologías clave: simulación Micro SAINT y metodología de evaluación de carga de trabajo McCracken-Aldrich modificada. Se utilizó la metodología de evaluación de la carga de trabajo modificada de McCracken-Aldrich para evaluar cuatro componentes de la carga de trabajo (visual, auditiva, cognitiva y psicomotora) para cada operador. A cada tarea se le asignó un valor escalado para los cuatro componentes de la carga de trabajo. Cuando se ejecutó la simulación, se realizó un seguimiento de la carga de trabajo del operador a lo largo del tiempo y se puede mostrar gráficamente.
- Ayuda de análisis de mano de obra de mantenimiento (MAMA): se utiliza para predecir los requisitos de mantenimiento y la disponibilidad del sistema.
- Ayuda de evaluación del sistema basada en PERsonnel (PER-SEVAL): PER-SEVAL se utilizó para evaluar el desempeño de la tripulación en términos de tiempo y precisión. PER-SEVAL tenía tres componentes principales que se usaban para predecir el desempeño de la tripulación: (1) Funciones de modelado del desempeño que predecían tiempos de tareas y precisiones basadas en las características del personal (por ejemplo, prueba de calificación de las fuerzas armadas o AFQT) y frecuencias estimadas de entrenamiento de sostenimiento. (2) Algoritmos de degradación del factor de estrés que disminuyen el rendimiento de la tarea para reflejar la presencia de calor, frío, ruido, falta de sueño y equipo de postura protectora orientada a la misión (MOPP). (3) Modelos de simulación que agregan estimaciones del desempeño de tareas individuales y producen estimaciones de desempeño del sistema.
- Ayuda de estimación de criterios de RAM y rendimiento del sistema (SPARC): ayudó a los desarrolladores de combate del Ejército a identificar los requisitos de rendimiento del sistema completos e inequívocos necesarios para cumplir varias misiones.
- Asistente de análisis de CAPabilidades de mano de obra (MANCAP): El objetivo de MANCAP era ayudar a los usuarios a estimar los requisitos de horas de trabajo de mantenimiento a nivel de unidad del sistema. MANCAP permite que el analista realice análisis de compensación entre (1) la cantidad de tiempo que los sistemas están disponibles para el combate, dados los números y tipos específicos de mantenedores, (2) la frecuencia con la que los sistemas fallan debido a la confiabilidad de los componentes y (3) la rapidez con que los sistemas se puede reparar cuando uno o más componentes han fallado. MANCAP se inspiró originalmente en el modelo compuesto logístico de la Fuerza Aérea (LCOM). Los resultados de MANCAP se utilizaron como base para estimar los requisitos de personal de todo el Ejército en FORCE.
- Simulador de operador humano (HOS): HOS fue una herramienta que se utilizó para desarrollar estimaciones mejoradas para el tiempo y la precisión de la tarea. HOS tenía modelos incorporados de subtareas particulares (llamadas micromodelos), como el "movimiento de la mano", que ayudan a los analistas a estimar mejor cuánto tiempo le tomaría a un operador realizar una determinada tarea.
- Ayuda de restricciones de mano de obra (M-CON): identificó el tamaño máximo de la cuadrilla para operadores y mantenedores y la cantidad máxima de horas-hombre de mantenimiento anual productivo directo (DPAMMH).
- Ayuda de restricciones de personal (P-CON): Estima las características significativas del personal que describen y limitan las capacidades de la población probable de soldados de la que vendrán los operadores y mantenedores del nuevo sistema.
- Ayuda para las restricciones de capacitación (T-CON): T-CON fue diseñado para ser utilizado por el gobierno para identificar los tipos de programas de capacitación que probablemente estarían disponibles para respaldar nuevos sistemas. Identifica cómo será el programa de capacitación para el nuevo sistema. También calculó el tiempo máximo necesario para capacitar a los operadores y mantenedores del nuevo sistema, dados los recursos de capacitación disponibles.
- Ayuda para el análisis de la fuerza (FORCE): Proporcionó una evaluación de la mano de obra y las limitaciones de todo el Ejército basada en la estimación del número de personas y los impactos por tipos de personas (es decir, puntuación ASVB y MOS).
IMPRINT fue originalmente llamado: Integrated MANPRINT Tools y fue lanzado por primera vez en 1995. Era una aplicación de Windows que fusionaba la funcionalidad de las 9 herramientas HARDMAN III en una sola aplicación. En 1997, IMPRINT pasó a llamarse Herramienta de integración de investigación de rendimiento mejorado; el nombre cambió, pero el acrónimo de IMPRINT siguió siendo el mismo. Entre 1995 y 2006 se realizaron varias mejoras en IMPRINT y se pusieron a disposición nuevas versiones (versiones 2 a 6). IMPRINT Pro se introdujo en 2007. Presentaba un nuevo diseño de interfaz y una integración completa con el motor de simulación Micro Saint Sharp . Tenía capacidades analíticas mejoradas y pasó de ser una herramienta del Ejército a una herramienta de tres servicios. Desde el principio, IMPRINT ha seguido evolucionando, se han añadido continuamente nuevas mejoras y se han puesto a disposición de la comunidad de usuarios nuevas versiones de forma gratuita. IMPRINT tiene más de 800 usuarios que apoyan a las organizaciones del Ejército, la Armada, la Fuerza Aérea, la Marina, la NASA, el DHS, el DoT, las Conjuntas y otras en todo el país.
Simulación de eventos discretos en IMPRINT
Las Simulaciones, o Misiones, como las llama IMPRINT, contienen una red de tareas llamada Diagrama de Red. El diagrama de red contiene una serie de tareas conectadas por caminos que determinan el flujo de control. Los objetos del sistema llamados entidades fluyen a través del sistema para crear una simulación. IMPRINT también incluye funciones de nivel más bajo, como variables globales y subrutinas llamadas macros. [8]
Tareas
El nodo de tarea es el elemento principal que impulsa el resultado de la simulación. Los nodos de tareas simulan el comportamiento del sistema permitiendo al programador los efectos, la duración de la tarea, las tasas de falla y la ruta especificados por el programador. Los efectos de tarea son expresiones de C # especificadas por el programador en las que los programadores pueden manipular variables y estructuras de datos cuando se invoca una tarea. El programador puede especificar la duración de la tarea como un valor específico, mediante una distribución de probabilidad o mediante una expresión de C #. Los programadores también pueden especificar el éxito de la tarea de manera similar. El éxito de la tarea influye en los efectos del nodo de la tarea y la ruta de la entidad. Las consecuencias del fracaso incluyen la repetición de tareas, el cambio de tareas y el fracaso de la misión, entre otras opciones. El programador también puede especificar el flujo de control y la ruta. IMPRINT proporciona una serie de otros nodos que incluyen funciones especiales:
Los nodos incluyen:
- Nodo de inicio: Emite la primera entidad en el modelo, lo que significa el inicio de la ejecución de una simulación. [8]
- Nodo final: recibe una entidad que significa el final de la simulación. [8]
- Nodo de objetivo: emite una entidad cuando se logra un objetivo específico, activando una red de tareas secundaria. [8]
- Monitor de carga de trabajo: un nodo visual no conectado a la red de tareas que muestra el valor de la carga de trabajo y el número de tareas activas asociadas con un Warfighter específico. [8]
- Nodo de función: crea diagramas de subred que permiten a los usuarios modularizar redes complejas en tareas específicas. [8]
- Nodo de función programada: un nodo de función que permite al usuario especificar horas de reloj para el inicio y el final de la ejecución de las tareas de la subred. [8]
Entidades
Las entidades son objetos dinámicos que llegan al sistema y se mueven a través de la red de tareas. Las entidades fluyen de una tarea a la siguiente según la lógica de la ruta de la tarea. Cuando una entidad ingresa a una tarea, se activan los efectos de la tarea. Cuando la tarea concluye, la entidad pasa a la siguiente tarea. Una entidad se genera por defecto al comienzo de la simulación. Se pueden generar más entidades en cualquier punto de la simulación según la lógica especificada por el programador. Cuando todas las entidades llegan al nodo final o se destruyen, la simulación concluye. [8]
Eventos
Los eventos son ocurrencias que ocurren en un instante de tiempo simulado dentro de IMPRINT que cambian el estado global del sistema. Puede ser la llegada o salida de una entidad, la finalización de una tarea o algún otro acontecimiento. Los eventos se almacenan en un registro de eventos maestro que captura cada evento que sucederá y la hora simulada en que ocurrió el evento. Debido a la naturaleza estocástica de la simulación de eventos discretos, un evento a menudo desencadenará la generación de una variante aleatoria para determinar la próxima vez que ocurrirá ese mismo evento. Por lo tanto, a medida que ocurren los eventos, en la simulación, el registro de eventos se modifica. [8]
Flujo de control
Una vez que concluye una tarea, la entidad que invoca se mueve a otro nodo que está directamente conectado al nodo actual en la red de tareas. Los nodos pueden conectarse a cualquier número de otras tareas, por lo que IMPRINT proporciona una serie de opciones de ruta para determinar la tarea a la que se mueve la entidad. [8]
- La ruta probabilística permite al programador especificar un porcentaje de probabilidad de que una entidad se mueva a nodos adyacentes ingresando las probabilidades exactas, sumando cien, para cada nodo. [8]
- La ruta táctica permite al programador usar predicados C # para determinar la ruta de una entidad a cada nodo adyacente. Si más de una expresión se evalúa como verdadera, la entidad seguirá la primera ruta con una expresión verdadera. [8]
- La ruta múltiple se comporta exactamente como la ruta táctica, pero dirigirá las entidades a cualquier nodo adyacente con una expresión que se evalúe como verdadera. [8]
Variables y macros
IMPRINT tiene una serie de variables globales utilizadas por el sistema a lo largo de una simulación. IMPRINT proporciona la variable pública global Clock que rastrea la hora actual de la simulación. IMPRINT también tiene variables privadas como los valores de carga de trabajo del operador. IMPRINT permite al modelador crear variables globales personalizadas a las que se puede acceder y modificar en cualquier nodo de tarea. Las variables pueden ser de cualquier tipo nativo de C #, pero el software proporciona una lista de tipos de variables sugeridos, incluidos los tipos de datos primitivos de C # y las estructuras de datos básicas. IMPRINT también proporciona al programador la funcionalidad para crear subrutinas accesibles globalmente llamadas macros. Las macros funcionan como funciones de C # y pueden especificar parámetros , manipular datos y devolver datos. [8]
Modelado de desempeño humano
Las capacidades de gestión de la carga de trabajo de IMPRINT permiten a los usuarios modelar acciones realistas del operador en diferentes condiciones de sobrecarga de trabajo. [4] IMPRINT permite a los usuarios especificar Warfighters que representan operadores humanos en el sistema modelado. Cada tarea en IMPRINT está asociada con al menos un Warfighter. Los guerreros pueden asignarse a cualquier número de tareas, incluidas las que se ejecutan al mismo tiempo . [4] A las tareas IMPRINT se les pueden asignar valores de carga de trabajo VACP. [3] El método VACP permite a los modeladores identificar la carga de trabajo visual , auditiva , cognitiva y psicomotora de cada tarea de IMPRINT. En una tarea IMPRINT, a cada recurso se le puede asignar un valor de carga de trabajo entre 0 y 7, siendo 0 la carga de trabajo más baja posible y 7 la carga de trabajo más alta posible para ese recurso. La escala VACP para cada recurso proporciona anclas verbales para ciertos valores de escala. Por ejemplo, una carga de trabajo visual de 0.0 corresponde a "ninguna actividad visual", mientras que una carga de trabajo visual de 7.0 exploración visual continua, búsqueda y monitoreo. [9] Cuando un Warfighter está ejecutando una tarea, su carga de trabajo aumenta usando el valor de VACP asignado a esa tarea. En 2013 se propuso un módulo de complemento IMPRINT para mejorar la estimación de la carga de trabajo cognitiva dentro de IMPRINT y hacer que el cálculo general sea menos lineal. [10] La función de informes personalizados de IMPRINT permite a los modeladores ver la carga de trabajo a lo largo del tiempo de los Warfighters en sus modelos. Los nodos de monitor de carga de trabajo permiten a los modeladores ver la carga de trabajo de un Warfighter específico a medida que se ejecuta la simulación. [8]
Investigar
IMPRINT ha sido utilizado por científicos del Laboratorio de Investigación del Ejército para estudiar Sistemas Aéreos No Tripulados , [11] [12] la carga de trabajo de las tripulaciones de combate, [13] [14] y la interacción humano-robot . [15] La Fuerza Aérea de los Estados Unidos y el Instituto de Tecnología de la Fuerza Aérea han utilizado IMPRINT para estudiar sistemas automatizados , [16] [17] integración de sistemas humanos , [18] y automatización adaptativa [19] entre otras cosas. El Instituto de Tecnología de la Fuerza Aérea en concreto está utilizando IMPRINT para investigar la predicción del rendimiento del operador, la carga de trabajo mental, el conocimiento de la situación, la confianza y la fatiga en sistemas complejos. [20]
Referencias
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