S.PERERE - uma ferramenta apoiada por arquiteturas cognitivas para o estudo da confiabilidade humana por Luiz Carlos Begosso - Versão HTML

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LUIZ CARLOS BEGOSSO

S. PERERE - Uma Ferramenta Apoiada por Arquiteturas Cognitivas para o

Estudo da Confiabilidade Humana

Texto apresentado à Escola Politécnica

da Universidade de São Paulo para

obtenção do Título de Doutor em

Engenharia Elétrica.

São Paulo

2005

LUIZ CARLOS BEGOSSO

S. PERERE - Uma Ferramenta Apoiada por Arquiteturas Cognitivas para o

Estudo da Confiabilidade Humana

Texto apresentado à Escola Politécnica

da Universidade de São Paulo para

obtenção do Título de Doutor em

Engenharia Elétrica.

Área de Concentração:

Sistemas Digitais.

Orientadora:

Profª Drª Lucia Vilela Leite Filgueiras

São Paulo

2005

Este exemplar foi revisado e alterado em relação à versão original, sob

responsabilidade única do autor e com a anuência de seu orientador.

São Paulo, 30 de novembro de 2005.

Assinatura do autor ____________________________

Assinatura do orientador _______________________

FICHA CATALOGRÁFICA

Begosso, Luiz Carlos

S. PERERE – uma ferramenta apoiada por arquiteturas cog-

nitivas para o estudo da confiabilidade humana / L.C. Begosso. -

- ed.rev. -- São Paulo, 2005.

p. 203

Tese (Doutorado) - Escola Politécnica da Universidade de

São Paulo. Departamento de Engenharia de Computação e

Sistemas Digitais.

1.Interface homem-computador I.Universidade de São Paulo.

Escola Politécnica. Departamento de Engenharia de

Computação e Sistemas Digitais II.t.

À minha esposa Izabel e meus filhos Rafael e Renata

AGRADECIMENTOS

A Deus, por permitir o cumprimento desta etapa em minha vida.

Agradeço à Profª Drª Lucia Vilela Leite Filgueiras, pela orientação,

motivação e paciência, que certamente foram necessárias para a conclusão deste

trabalho.

À Fundação Educacional do Município de Assis, pelo apoio e incentivo.

Ao meu aluno e amigo Fábio Luís Fujii Silveira - Chumeu, pela valiosa ajuda na

construção do simulador.

Aos meus amigos professores e funcionários da FEMA, pelo incentivo e pelas

preciosas contribuições.

Aos meus pais, Luiz e Nézia pela constante motivação aos estudos, desde a infância.

Ao Sr. Galiano e D. Jandira pelo apoio.

Ao meu irmão Nino, pelas horas dedicadas para a revisão deste trabalho.

Em especial à minha esposa Izabel, companheira e amiga,

e aos meus filhos Rafael e Renata pela compreensão, apoio e motivação.

RESUMO

A construção de modelos representa uma perspectiva interessante para buscar a

compreensão sobre aspectos do comportamento humano. A partir de modelos do

desempenho humano e do estudo das características do erro humano, este trabalho

propõe o S. PERERE (Simulation of Performance in Error), um simulador

computacional do comportamento humano cujo objetivo é produzir de forma

aleatória estados de erro humano. O simulador recebe como entrada a especificação

do comportamento a ser simulado e produz como saída o comportamento afetado de

erro. Para a geração dos estados de erro o S. PERERE possui um mecanismo

perturbador do comportamento e também um mecanismo de disparo das

perturbações. A construção do simulador está baseada na arquitetura cognitiva ACT-

R (Atomic Components of Thought – Rational). A utilização prevista do S. PERERE

é seu acoplamento com simuladores de processos de forma a permitir a verificação

do impacto dos erros humanos nestes processos.

ABSTRACT

The construction of models represents an interesting perspective to reach the

understanding about human behaviour aspects. From human performance models

and from the study of error characteristics, this work purposes the S.PERERE

(Simulation of Performance in Error), a human behaviour computational simulator,

which main objective is to produce, in a random way, human error states. The

simulator receives, as entrance, the specification of the behaviour to be simulated,

and produces, as output, the behaviour affected by the error. For the generation of

error states, S.PERERE has a behaviour disturber mechanism and also a mechanism

to start the perturbations. The construction of the simulator is based on ACT-R

(Atomic Components of Thought – Rational) cognitive architecture. The use of

S.PERERE is under its coupling to process simulators, allowing the verification of

human errors impact on theses processes.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

1. INTRODUÇÃO........................................................................ 1

1.1. Objetivos........................................................................... 1

1.2. Motivação.......................................................................... 6

1.3. Trabalhos correlatos.......................................................... 8

1.4. Estrutura do trabalho......................................................... 11

2. MODELOS DE DESEMPENHO HUMANO E TÉCNICAS

DE SIMULAÇÃO................................................................... 13

2.1. Modelos............................................................................. 13

2.2. Definições.......................................................................... 15

2.3. Modelos cognitivos........................................................... 15

2.4. Arquiteturas cognitivas………………………………..... 16

2.4.1. COGNET – Cognition as Network of Tasks………. 18

2.4.2. EPIC – Executive-Processes Interactive Control...... 20

2.4.2.1. GOMS............................................................... 22

2.4.3. ACT-R....................................................................... 26

2.4.4. Soar............................................................................ 28

2.5. Comparação entre as arquiteturas cognitivas..................... 30

2.6. A escolha da arquitetura cognitiva..................................... 30

3. ERRO HUMANO..................................................................... 32

3.1. Definições do erro humano............................................... 32

3.2. Modelo de Rasmussen....................................................... 35

3.2.1. Intencionalidade........................................................ 37

3.3. Classificação do erro humano........................................... 39

3.4. Taxonomia do erro humano.............................................. 42

3.4.1. Desempenho no nível de habilidade.......................... 42

3.4.2. Desempenho no nível de regra.................................. 45

3.4.3. Desempenho no nível de conhecimento.................... 48

3.5. Considerações finais.......................................................... 51

4. PROPOSTA DO S. PERERE – SIMULATION OF

PERFORMANCE IN ERROR ……………………………... 53

4.1. Objetivos do S. PERERE.................................................. 53

4.2. Proposta do S. PERERE.................................................... 54

4.2.1. Unidades de comportamento..................................... 56

4.2.2. Estrutura do S. PERERE........................................... 59

4.2.2.1. Memória declarativa.......................................... 60

4.2.2.2. Memória procedural.......................................... 61

4.2.2.3. Módulo motor e perceptivo............................... 62

4.2.2.4. Módulo pré-processador.................................... 62

4.2.2.5. Módulo disparador............................................ 63

4.2.2.6. Módulo perturbador........................................... 65

4.3. Especificações das perturbações....................................... 65

4.4. Considerações finais.......................................................... 71

5. IMPLEMENTAÇÃO DO S. PERERE UTILIZANDO O

ACT-R...................................................................................... 73

5.1. Detalhamento da arquitetura do ACT-R........................... 73

5.2. Os componentes do ACT-R.............................................. 77

5.2.1. Memória declarativa.................................................. 77

5.2.2. Memória procedural.................................................. 78

5.2.3. Módulo perceptivo.................................................... 79

5.2.4. Módulo motor............................................................ 82

5.3. Implementação do S. PERERE sobre o ACT-R............... 83

5.3.1. Especificação dos comportamentos elementares do

processo cognitivo.................................................... 85

5.3.2. Especificação dos comportamentos elementares do

processo perceptivo................................................... 93

5.3.3. Especificação dos comportamentos elementares do

processo motor.......................................................... 102

5.3.4. Implementação do disparador................................... 110

5.4. Considerações finais.......................................................... 111

6. EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO S. PERERE NO

ALINHAMENTO DE ROTAS NO METRÔ DE SÃO 112

PAULO....................................................................................

6.1. A tarefa-exemplo: alinhamento de rota no Metrô-SP....... 112

6.2. Descrição do procedimento operacional real do

alinhamento de rotas....................................................... 113

6.3. Simulação do operador alinhando a rota Linha 1 – Azul

– caso correto.................................................................. 116

6.3.1. Construção da memória declarativa para os objetos. 117

6.3.2. Construção da memória declarativa para a tarefa –

caso correto..................................................................... 119

6.3.3. Execução do modelo................................................. 120

6.3.4. Resultados da execução do caso correto................... 122

6.4. Resultados da execução do caso perturbado..................... 133

6.4.1. Perturbação 1: omissão em verificação..................... 133

6.4.2. Perturbação 2: omissão em teclar.............................. 134

6.4.3. Perturbação 3: omissão em monitorar....................... 135

6.4.4. Perturbação 4: repetição em verificar........................ 136

6.4.5. Perturbação 5: repetição em teclar............................ 137

6.4.6. Perturbação 6: repetição em monitorar..................... 138

6.4.7. Perturbação 7: confusão em teclar............................ 138

6.4.8. Perturbação 8: engano em teclar............................... 139

6.5. Discussão dos resultados................................................... 141

7. CONCLUSÕES......................................................................... 143

ANEXO A – Código ACT-R para cada comportamento

elementar....................................................................................... 148

ANEXO B – Comportamentos elementares associados a erros.... 185

Referências bibliográficas............................................................. 198

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Modelo geral do desempenho humano.............................................. 16

Figura 2 - Arquitetura Cognitiva genérica.......................................................... 17

Figura 3 – Encadeamento entre os Conceitos de Falha, Erro e Disfunção......... 34

Figura 4 – Significado do termo “erro”............................................................... 35

Figura 5 – Fluxo de informação do S. PERERE ................................................ 54

Figura 6 – Estrutura do S. PERERE.................................................................... 60

Figura 7 – Lógica de uso da arquitetura cognitiva ACT-R................................. 74

Figura 8 – Organização da informação no ACT-R............................................. 75

Figura 9 – Estrutura de suporte para o S. PERERE............................................ 84

Figura 10 – Cabeçalho para o preenchimento de parâmetros............................. 117

Figura 11 – Interface do S. PERERE.................................................................. 121

Figura 12 – Interface do ACT-R......................................................................... 122

LISTA DE TABELAS

Tabela 1

Características comparativas entre as Arquiteturas Cognitivas....... 30

Tabela 2

Manifestações de Deslizes............................................................... 39

Tabela 3

Erros em relação à intenção e ao estágio cognitivo ........................ 41

Tabela 4

Modos de falha de acordo com os três níveis de desempenho........ 43

Tabela 5

Taxonomia de Berliner, Angell e Shearer – Processo Cognitivo ... 57

Tabela 6

Taxonomia de Berliner, Angell e Shearer – Processo Perceptivo... 58

Tabela 7

Taxonomia de Berliner, Angell e Shearer – Processo Motor ......... 58

Tabela 8

Taxonomia de Berliner, Angell e Shearer – Processo

Comunicação .................................................................................. 59

Tabela 9

Modos de falha especificados para o S. PERERE........................... 67

Tabela 10

Caso normal para o estado inicial do alinhamento de rotas............. 114

Tabela 11

Descrição dos procedimentos para o alinhamento de rota – Linha

1 – Azul............................................................................................ 116

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ACT-R

Atomic Components of Thought – Rational

COGNET

Cognition as a Network of Tasks

CPU

Central Processing Unit

EPIC

Executive-Processes Interactive Control

GOMS

Goals, Operators, Methods and Selection Rules

IHC

Interação Homem Computador

RTMT

Real time multi tasking

S.PERERE Simulation of Performance in Error

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