Many domains currently experience an increase in level of automation of their technical systems. However, the increased level of automation must be accompanied with the development of well-functioning human-automation collaboration to avoid undesirable phenomena such as automation surprises or reduced situational awareness. In safety critical domains like air traffic control, this may be more than an inconvenience or loss of efficiency: in the worst case, it can jeopardize flight safety. Although these issues and risks related to increased automation are well-known, they continue to appear in new systems. This indicates that they are not sufficiently addressed in the design of new automation, and that better methods and ideas for this must be developed. This dissertation explores how the concept of flexible automation can be used to increase the understanding of how to design for better human-automation collaboration. The fundamental idea of the flexible automation concept is to provide the automation with knowledge about the human’s situation and let the automation combine that with its understanding of the overall situation, including mutual work- and control processes. At a conceptual level, this also widens the view on automation as merely a way to replace human labor, to a view on automation where it enhances the joint performance of the human-automation team. It also emphasizes the human as an essential piece of a successful automation. Though being important and applicable to many areas and domains, this dissertation is mainly focused on the air traffic control domain, but also includes elements from the domains of vessel traffic service and train traffic management. 

The approach for the dissertation has been to use the known problems and issues with automation as a starting point, and then decompose that complex of problems and explore them to find possible solutions. Initiation of communication between automation and human, how and when it is performed, were identified as one critical point in the human-automation collaboration. This insight formed the basis for the two main concepts presented in this dissertation. The first concept is the Reduced Autonomy Workspace (RAW), a design approach that describes the process of when a highly autonomous automation needs to consult the human working together with the automation. Focus is on the temporal aspects, but it also includes transformation of the information content to reduce the cognitive effort on the human receiving the information. A visualization for future automation using glyphs based on the same principles was developed to support the RAW design approach. The glyphs were evaluated in workshops with operators from air traffic control, vessel traffic service, and train traffic management, respectively. The second main concept is a new type of attention support, Soft Visual Cues (SVC). The SVC complements other types of attention support which may, due to the automation’s lack of knowledge of the overall situation, draw the operator’s attention away from something potentially more important. Different designs were evaluated in operator workshops and tested by other air traffic controllers in a series of real-time simulations. In addition to these concepts, studies have also been performed to explore and gain a deeper knowledge of how the involved control processes can be understood, the effect of entangled control processes, and how domain specific prerequisites are reflected in the control processes. 

The studies have involved subject matter experts, such as air traffic controllers, to understand the processes that underlies human-automation team-work. However, data collection through workshops and simulations has been challenging because of the pandemic, even though most activities were possible to perform. The results have contributed to a better understanding of the design for human-automation collaboration, the importance of temporal aspects in this, and how it can be visualized. While the RAW and the glyph visualizations aims at future automations, the SVC is a concept that could be implemented in a near future. The problems and proposed solutions in this dissertation are mainly focused on applications in air traffic control. However, the problems and issues addressed here are similar in many other areas focused on control of real-time processes. Therefore, the presented ideas and concepts should be of value for those as well, and the results are a good starting point for the development of tomorrow’s flexible automation, where the human is still a major asset. 

Ökad automatisering av tekniska system pågår inom många områden. För att den ökade automationsgraden ska ge önskad nytta måste också samarbetet mellan människa och automation utvecklas, annars riskerar man att få problem med exempelvis automationsöverraskningar och minskad situationsmedvetenhet hos användarna. I säkerhetskritiska domäner som flyg-trafikledning kan det i värsta fall leda till direkt farliga situationer. Trots att utmaningarna och riskerna med automation är välkända återkommer problemen ofta i nya system. Det tyder på att frågorna inte hanteras tillräckligt i utformningen av ny automation och att det behövs bättre metoder och idéer för att identifiera och motverka problemen. I avhandlingen utforskar jag hur konceptet följsam automation kan öka förståelsen för hur ny automation ska designas för att skapa ett bättre samarbete mellan människa och automation. Den grundläggande idén med följsam automation är att ge automationen kunskap om människans situation och kombinera den med kunskap om de processer som människan och automationen tillsammans arbetar med. Konceptet vidgar synen på automation från att enbart ersätta människan med teknik till ett perspektiv där den totala prestationen människa-automation blir större än summan av de enskilda delarna och där människan fortfarande spelar en viktig roll. Det här skulle kunna tillämpas inom många olika områden, men fokus för avhandlingen är flygtrafikledningsdomänen, även om den till viss del också berör sjötrafikinformationstjänst och tågtrafikledning.

Utgångspunkten i avhandlingen är de redan kända utmaningarna med ökad automation och från det har problematiken brutits ner för att hitta förslag på lösningar. Ett avgörande moment i samarbetet mellan människa och automation är när automationen initierar kommunikation med människan. Den insikten har resulterat i två centrala koncept som presenteras i avhandlingen. Det första konceptet är designansatsen Reduced Autonomy Workspace (RAW) som beskriver hur anpassning av kommunikation mellan automation och människa kan utformas för situationer när automationen måste konsultera människan. De temporala aspekterna är mycket viktiga och designansatsen inkluderar också hur automationen ska transformera informationen till ett format som kräver så lite kognitiv ansträngning som möjligt för människan. En glyfbaserad visualisering för användning i framtida högautomatiserade system baserad på designansatsen RAW togs fram och utvärderades i ett an-tal workshops med operativa domänexperter från flygtrafikledning, sjötrafikinformationstjänst och tågtrafikledning. Det andra konceptet är en ny typ av visualiseringskoncept för uppmärksamhetsstöd, Soft Visual Cues (SVC), eller mjuka visuella påminnelser. Mjuka visuella påminnelser kompletterar andra typer av uppmärksamhetsstöd som aktivt drar uppmärksamheten till sig, vilket kan vara ett problem om användaren är upptagen med något viktigare som automationen på grund av en bristande helhetsbild inte känner till. Olika designalternativ utvärderades i workshopform tillsammans med flygledare och den föredragna designen testades sedan i realtidssimuleringar med andra flygledare. Utöver de framarbetade koncepten har också studier genomförts för att skapa en djupare förståelse för de ingående kontrollprocesserna, hur de påverkar varandra och hur domänspecifika förutsättningar avspeglas i dem.

För att förstå de processer som utgör samarbetet mellan människa och automation så har flera av studierna involverat domänexperter, till exempel flygledare. Insamlingen av data genom workshops och realtidssimuleringar har varit en utmaning utöver det vanliga då en stor del av arbetet utfördes under Covid-19-pandemin, men trots detta har det mesta gått att genomföra som planerat. Resultaten har bidragit till en utökad kunskap om design av interaktion mellan automation och människa, vikten av temporala aspekter, samt hur det kan visualiseras. Designansatsen RAW och glyferna bidrar med kunskap främst riktad mot framtida system, medan mjuka visuella påminnelser är en lösning som skulle kunna implementeras i närtid. Problemen och de föreslagna lösningsansatserna i avhandlingen är huvudsakligen applicerade på flygtrafikledning. Den grundläggande problematiken runt samarbete människa-automation i kontroll av realtidsprocesser är dock den-samma inom många områden. De presenterade idéerna och koncepten bör därför kunna tillämpas även inom andra domäner och ge goda förutsättningar för att med människan som utgångspunkt designa framtidens följsamma automation.