パフォーマンスリサーチ統合ツールの改善
インプリント
開発者ハンティントン・インガルス・インダストリーズ/ミッションテクノロジーズ、米陸軍DEVCOM分析センター（DAC）
安定版リリース
4.7.50.0
書かれた.NET フレームワーク、C#
オペレーティング·システムマイクロソフトウィンドウズ
タイプ離散イベントシミュレーション
Webサイトwww.microsaintsharp.com/home/tools

IMPRINT（改善パフォーマンス研究統合ツール）は、ハンティントン・インガルス・インダストリーズ（HII）が開発し、米陸軍DEVCOM分析センター（DAC）の資金提供を受けたソフトウェアツールスイートです。IMPRINTは、兵士、システム、任務間の相互作用を分析し、様々なシナリオにおける兵士のパフォーマンス評価を支援するように設計されています。この評価は、軍事システムと訓練プログラムの最適化を支援します。[1]

IMPRINTは.NET Frameworkを用いて開発されています。IMPRINTは、C#プログラミング言語を用いてロジックを定義し、離散イベントシミュレーションを視覚的なタスクネットワークとして作成することを可能にします。IMPRINTは主に米国国防総省によって、新技術および既存技術との相互作用における職員の認知的負荷をシミュレートし、人員要件を決定し、人間のパフォーマンスを評価するために使用されています。[2]

IMPRINT を使用すると、オペレータとチームのパフォーマンスの確率モデルを開発して実行できます。IMPRINT には、1) 運用、2) 保守、3) 部隊の 3 つのモジュールが含まれます。運用モジュールでは、IMPRINT ユーザーは、ミッションの成果を達成するために実行される個別のイベント (タスク) のネットワークを開発します。これらのタスクは、IMPRINT のガイダンスに従ってユーザーが割り当てるオペレータの作業負荷に関連付けられています。ユーザーがモデルを開発したら、それを実行して、ミッションの成功確率 (特定の目的の達成、指定された時間枠内でのタスクの完了など)、ミッションの完了時間、オペレータが経験する作業負荷、およびミッション全体のタスクの順序 (およびタイムライン) を予測できます。保守モジュールを使用すると、ユーザーは、保守の要員要件、人員要件、運用準備状況など、その他の重要な保守要因を予測できます。保守モデルは、シナリオ、セグメント、システム、サブシステム、コンポーネント、および修理タスクで構成されます。基盤となる組み込みの確率的保守モデルは、シナリオのセグメントへのシステムの流れと保守作業の実行をシミュレートし、定義されたシステムの保守工数を推定します。Forcesモジュールを使用すると、多様な役職と役割で構成される大規模組織の包括的かつ多層的な人員要件を予測できます。各Forcesユニットは、一連の活動（計画的および計画外）とジョブで構成されています。この情報をモデル化することで、Forcesユニットが行う定型作業と計画外作業に必要な人員を予測するのに役立ちます。

IMPRINTは、構想設計からフィールドテスト、システムアップグレードに至るまで、システムライフサイクル全体を通して、人員とシステムパフォーマンスの統合を評価するのに役立ちます。さらに、IMPRINTは、訓練や人員要因（軍事職能別定義など）が人間のパフォーマンスとミッションの成功に及ぼす影響を予測するのにも役立ちます。IMPRINTには、ストレス要因（熱、寒さ、振動、疲労、防護服の使用など）がオペレーターのパフォーマンス（タスク完了時間、タスク精度）に及ぼす影響を予測する機能も組み込まれています。

IMPRINTオペレーションモジュールは、タスクネットワーク（タスクに分解される一連の機能）を用いて、人間のパフォーマンスモデルを作成します。[3] IMPRINTモデルにおける機能とタスクは通常、より大きな人間またはシステムの行動の原子単位を表します。IMPRINTの主な機能の一つは、人間の作業負荷をモデル化する機能です。ユーザーは個々のタスクについて、視覚、聴覚、認知、精神運動の作業負荷レベルを指定でき、システムにおける人間の全体的な作業負荷を測定し、タスクパフォ​​ーマンスに影響を与えることができます。[4] [5]

歴史

IMPRINTツールは、1970年代半ばにアメリカ空軍、海軍、陸軍が認識した人員、人員、訓練（MPT）に関する懸念から生まれました。アメリカ海軍は最初にHARDMAN比較手法（HCM）を開発しました。HARDMANはハードウェア（Hardware）と人員（Manpower）を組み合わせた造語です。陸軍はその後、手動HCMを幅広い兵器システムに適用できるようにカスタマイズし、HARDMAN Iとして知られるようになりました。その後、自動化版であるHARDMAN IIを開発しました。[a] HARDMAN II.2は、1985年に陸軍研究所（ARI）によって初めてリリースされました。一連の分析プロセスを実行するためにVAX-11コンピュータが必要でした。アップグレード版は1990年にリリースされました。

HARDMAN IおよびIIでは、MPTとパフォーマンスの間に直接的な関連性がありませんでした。この欠点を直接的に改善するため、米陸軍は1980年代半ばにソフトウェア分析モジュールの開発を開始しました。[6]このモジュール群はHARDMAN IIIと呼ばれ、名称は同じですが、MPT変数と兵士システムパフォーマンスの間に明確な関連性を提供することで、従来の方法とは根本的に異なるアプローチでMPTの問題に対処しました。[7]ソフトウェア開発は、Micro Analysis and Design (MA&D)によって行われました。

HARDMAN IIIは陸軍研究所（ARI）システム研究所の主要な開発活動でした。この作業を支援する契約は、3段階の開発プロセスで行われました。[8] HARDMAN IIIは政府所有で、アナリストによるMANPRINT分析の実施を支援するための一連の自動化された補助ツールで構成されていました。PC DOSベースのソフトウェアであるHARDMAN III補助ツールは、調達プロセスの非常に早い段階で新しい兵器システムのMPT制約と要件を見積もる手段を提供しました。DOS環境は、HARDMAN IIIツールセットにいくつかの制限を課しました。最も重大な問題は640KのRAM制限でした。オリジナルのHARDMAN IIIツールは、分析の各部分がこれらのRAMブロックに収まるように設計されていました。RAMの制約により、400の運用タスクと500のメンテナンスタスクという制限が生じました。

HARDMAN III の 9 つのモジュールは次のとおりです。

  1. 人力ベースのシステム評価支援（MAN-SEVAL）は、人間の作業負荷を評価するために使用されました。
  2. 乗務員のパフォーマンスを時間と精度の観点から評価するために使用された人事ベースのシステム評価補助（PER-SEVAL）
  3. システム性能とRAM基準推定支援（SPARC）は、陸軍の戦闘開発者がさまざまな任務を達成するために必要な包括的かつ明確なシステム性能要件を特定するのに役立ちました。
  4. マンパワー能力分析支援ツール（MANCAP）は、システムユニットレベルでのメンテナンス工数要件の見積りを支援します。
  5. 人間オペレータシミュレータ（HOS）は、タスク時間と精度の推定値を改善するために使用されました。
  6. 人的資源制約支援 (M-CON) は、オペレーターと保守担当者の最大乗員数と、最大直接生産年間保守工数 (DPAMMH) を特定しました。
  7. 人員制約支援（P-CON）は、新システムの運用者と保守員が想定される兵士集団の能力を記述し制限する重要な人員特性を推定した。
  8. 訓練制約援助（T-CON）は、政府が新しいシステムをサポートするために利用できる可能性のある訓練プログラムの種類を特定するために使用できるように設計されています。
  9. 戦力分析支援（FORCE）は、人数と人員の種類（ASVABスコアやMOSなど）による影響の推定に基づいて、陸軍全体の人員と制約の評価を提供しました。

IMPRINT は元々、Integrated MANPRINT Tools という名前で、1995 年に初めてリリースされました。これは、9 つ​​の HARDMAN III ツールの機能を 1 つのアプリケーションに統合した Windows アプリケーションでした。1997 年に IMPRINT は、Improved Performance Research Integration Tool に改名されました。名前は変更されましたが、IMPRINT の頭字語は同じままでした。1995 年から 2006 年にかけて、IMPRINT にはいくつかの機能強化が加えられ、新しいリリース (バージョン 2 から 6) が利用可能になりました。IMPRINT Pro は 2007 年に導入されました。新しいインターフェイス デザインと、Micro Saint Sharpシミュレーション エンジンとの完全な統合を特徴としていました。分析機能が強化され、陸軍ツールから三軍ツールへと進化しました。当初から IMPRINT は進化を続け、新しい機能強化が継続的に追加され、新しいリリースはユーザー コミュニティに無料で提供されています。 IMPRINT には 800 人を超えるユーザーがおり、全国の陸軍、海軍、空軍、海兵隊、NASA、DHS、DoT、統合、その他の組織をサポートしています。

IMPRINTにおける離散イベントシミュレーション

シミュレーション（IMPRINTではミッションと呼ばれます）には、ネットワークダイアグラムと呼ばれるタスクネットワークが含まれています。ネットワークダイアグラムには、制御フローを決定するパスで接続された一連のタスクが含まれています。エンティティと呼ばれるシステムオブジェクトがシステム内を移動することで、シミュレーションが作成されます。IMPRINTには、グローバル変数やマクロと呼ばれるサブルーチンなど、より低レベルの機能も含まれています。[9]

タスク

タスク ノードは、シミュレーションの結果を左右する主要な要素です。タスク ノードは、プログラマが指定した効果、タスク期間、失敗率、およびパスを許可することで、システムの動作をシミュレートします。タスク効果はプログラマが指定した C# 式であり、タスクが呼び出されたときにプログラマが変数やデータ構造を操作できます。タスク期間は、プログラマが特定の値として、確率分布を通じて、または C# 式を使用して指定できます。プログラマは同様の方法でタスクの成功を指定することもできます。タスクの成功は、タスク ノードの効果とエンティティのパスに影響します。失敗の結果には、タスクの繰り返し、タスクの変更、ミッションの失敗などがあります。制御フローとパスもプログラマが指定できます。IMPRINT は、特別な機能を含む一連の他のノードを提供します。

ノードには次のものが含まれます。

  • 開始ノード：モデルの最初のエンティティを出力し、シミュレーション実行の開始を示します。[9]
  • 終了ノード：シミュレーションの終了を示すエンティティを受け取ります。[9]
  • 目標ノード：指定された目標が達成されたときにエンティティを出力し、二次タスクネットワークをアクティブ化する。[9]
  • 作業負荷モニター：タスクネットワークに接続されていない視覚ノードで、特定の戦闘員に関連付けられた作業負荷値とアクティブなタスクの数を表示します。[9]
  • 機能ノード：複雑なネットワークを特定のタスクにモジュール化できるサブネットワーク図を作成します。[9]
  • スケジュールされた機能ノード：サブネットワークタスクの実行の開始と終了の時刻をユーザーが指定できる機能ノード。[9]

エンティティ

エンティティは、システムに到着し、タスクネットワークを移動する動的オブジェクトです。エンティティは、タスクのパスロジックに基づいて、あるタスクから次のタスクへと移動します。エンティティがタスクに入ると、タスクの効果がトリガーされます。タスクが終了すると、エンティティは次のタスクに移動します。シミュレーションの開始時に、デフォルトで1つのエンティティが生成されます。プログラマが指定したロジックに基づいて、シミュレーションの任意の時点で、さらにエンティティを生成することができます。すべてのエンティティが終了ノードに到達するか、破棄されると、シミュレーションは終了します。[9]

イベント

イベントとは、IMPRINT 内でシミュレートされた時間内の瞬間に発生し、システムの全体的な状態を変化させる出来事です。これには、エンティティの到着または出発、タスクの完了、その他の出来事が含まれます。イベントはマスターイベントログに保存され、発生するすべてのイベントと、そのイベントが発生したシミュレートされた時刻が記録されます。離散イベントシミュレーションの確率的性質により、イベントは、同じイベントが次に発生する時刻を決定するためのランダム変数の生成をトリガーすることがよくあります。したがって、シミュレーションでは、イベントが発生するとイベントログが更新されます。[9]

制御フロー

タスクが終了すると、呼び出し元のエンティティは、タスクネットワーク内の現在のノードに直接接続された別のノードに移動します。ノードは任意の数の他のタスクに接続できるため、IMPRINTはエンティティが移動するタスクを決定するための複数のパスオプションを提供します。[9]

  • 確率的パス設定により、プログラマーは各ノードの正確な確率（合計が100になる）を入力することで、エンティティが隣接ノードに移動する確率をパーセンテージで指定できます。[9]
  • タクティカルパスは、C#の述語を用いて、エンティティから各隣接ノードへのパスを決定することを可能にします。複数の式が真と評価された場合、エンティティは真となる最初のパスを辿ります。[9]
  • マルチパスはタクティカルパスと全く同じように動作しますが、式が真と評価される隣接ノードにエンティティをパスします。[9]

変数とマクロ

IMPRINTには、シミュレーション全体を通してシステムによって使用される多数のグローバル変数があります。IMPRINTは、シミュレーションの現在時刻を追跡するパブリックグローバル変数Clockを提供します。また、IMPRINTには、オペレータの作業負荷値などのプライベート変数もあります。IMPRINTを使用すると、モデラーは任意のタスクノードからアクセスおよび変更できるカスタムグローバル変数を作成できます。変数はC#ネイティブの任意の型を使用できますが、ソフトウェアはC#のプリミティブデータ型や基本データ構造を含む推奨変数型のリストを提供します。IMPRINTはまた、マクロと呼ばれるグローバルにアクセス可能なサブルーチンを作成する機能もプログラマに提供します。マクロはC#関数として機能し、パラメータの指定、データの操作、データの返送を行うことができます。[9]

人間のパフォーマンスモデリング

IMPRINTのワークロード管理機能により、ユーザーは様々な作業負荷条件下での現実的なオペレーターの行動をモデル化できます。[5] IMPRINTでは、モデル化されたシステム内の人間のオペレーターを表す「ウォーファイター」を指定できます。IMPRINTの各タスクは、少なくとも1人の「ウォーファイター」に関連付けられています。「ウォーファイター」は、同時実行されるタスクを含む、任意の数のタスクに割り当てることができます。[5] IMPRINTタスクには、VACPワークロード値を割り当てることができます。[4] VACP法を用いることで、モデル作成者は各IMPRINTタスクの視覚、聴覚、認知、精神運動のワークロードを特定できます。IMPRINTタスクでは、各リソースに0から7までのワークロード値を割り当てることができます。0は最低のワークロード、7は最高のワークロードです。各リソースのVACPスケールは、特定のスケール値に対する言語的アンカーを提供します。例えば、視覚ワークロード0.0は「視覚活動なし」に対応し、視覚ワークロード7.0は継続的な視覚スキャン、探索、および監視に対応します。[10]戦闘員がタスクを実行する際、そのタスクに割り当てられたVACP値を用いて作業負荷が増加する。IMPRINTプラグインモジュールは2013年に提案され、IMPRINTにおける認知作業負荷の推定を改善し、全体的な計算をより非線形的にする。[11] IMPRINTのカスタムレポート機能により、モデラーはモデル内の戦闘員の作業負荷を時系列で確認することができる。作業負荷モニターノードを使用すると、モデル作成者はシミュレーション実行中に特定の戦闘員の作業負荷を確認できる。[9]

研究

IMPRINTは、陸軍研究所の科学者によって無人航空システム[12]、戦闘員の作業負荷[13] [14]、そして人間とロボットの相互作用[15 ]の研究に使用されています。アメリカ空軍と空軍工科大学は、自動化システム[ 16] [17] 、 人間システム統合[18]、そして適応型自動化[19]などを研究するためにIMPRINTを使用しています。特に空軍工科大学は、複雑なシステムにおけるオペレーターのパフォーマンス、精神的作業負荷、状況認識、信頼、そして疲労の予測を研究するためにIMPRINTを使用しています。[20]

注記

  1. ^ HARDMAN II は以前は MIST (Man Integrated Systems Technology) と呼ばれていました。

参考文献

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