인지 시스템 공학

인지 시스템 공학(Cognitive systems engineering, CSE)은 사람, 업무, 기술의 교차점을 연구하는 학제간 분야로, 특히 안전 필수 시스템에 초점을 맞추고 있다. CSE의 핵심 원칙은 사람과 기술의 집합을 별개의 인간 및 기술 구성 요소가 아닌, 인지 작업을 수행할 수 있는 하나의 통합된 개체—** 공동 인지 시스템**(joint cognitive system, JCS)—으로 다루는 것이다. 이 분야는 1980년대 초 에리크 홀나겔(Erik Hollnagel)과 데이비드 우즈(David Woods)에 의해 공식적으로 확립되었다.[^1]

인지 공학이 주로 사용자의 인지를 지원하는 기술 시스템을 설계하기 위해 인지 과학을 적용하는 데 반해, CSE는 인지가 전체 업무 시스템에 걸쳐 어떻게 분산되는지를 분석하는 보다 총체적인 접근 방식을 취한다. 이 관점은 항공 교통 관제, 의료 시스템, 원자력 발전소 및 기타 고위험 환경과 같은 복잡한 운영 환경에서 인간과 기술 간의 기능적 관계를 이해하는 것을 강조한다.[^4]

CSE는 인지 심리학, 인지 인류학, 시스템 이론, 생태 심리학 등 여러 학문 분야의 이론적 토대를 기반으로 한다. 주요 지적 영향으로는 에드윈 허친스(Edwin Hutchins)의 분산 인지, 제임스 깁슨(James Gibson)의 시각적 지각에 대한 생태학적 이론, 울릭 나이서(Ulric Neisser)의 지각 순환, 윌리엄 클랜시(William Clancey)의 상황적 인지가 있다.[^5] 이 분야는 또한 옌스 라스무센(Jens Rasmussen)의 인적 오류 및 추상화 계층에 관한 연구에 의해 형성되었다.

방법론적으로 CSE는 인지 과업 분석,[^6] 인지 작업 분석,[^7] 작업 영역 분석 등의 기법을 사용하여 인지가 인간과 기술적 행위자에 걸쳐 어떻게 분산되는지를 이해한다. 이러한 접근 방식은 단순히 오류를 예방하는 것이 아니라 시스템 제약 조건을 파악하고 회복탄력성을 위한 설계에 초점을 맞춘다.

역사

인지 시스템 공학은 스리마일섬(Three Mile Island, TMI) 사고의 여파 속에서 등장했다.[^2] 당시 기존의 안전 이론으로는 TMI의 운전원들이 발전소 내부에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지에 대해 어떻게 혼란을 겪을 수 있었는지를 설명할 수 없었다.[^8]

사고 이후, 옌스 라스무센(Jens Rasmussen)은 원자력 발전소 제어실의 인지적 측면에 관한 초기 연구를 수행했다.[^9] 이 연구는 이후 인지 시스템 공학과 관련되게 되는 모르텐 린드(Morten Lind), 에리크 홀나겔(Erik Hollnagel), 데이비드 우즈(David Woods) 등 한 세대의 연구자들에게 영향을 미쳤다.[^2]

1999년 킴 비센테(Kim Vicente)가 인지 시스템 공학에 관한 교과서를 출간한 이후, 인지 작업 분석(CWA)을 확립하기 위해 사용된 기법들은 인간이 기술과 상호작용해야 하는 모든 종류의 시스템 설계를 지원하는 데 활용되었다. 비센테가 제시한 도구들은 충분히 검증되지 않았으며, 다섯 단계의 분석이 실제로 구현된 사례에 대한 출판된 보고는 거의 없거나 전무하다.[^10]

"인지 시스템 공학"과 "인지 공학"

"인지 시스템 공학"이라는 용어는 1983년 홀나겔(Hollnagel)과 우즈(Woods)의 논문에서 도입되었다.[^1]

인지 공학이라는 용어는 이미 돈 노먼(Don Norman)에 의해 도입된 바 있었지만, 홀나겔과 우즈는 의도적으로 새로운 용어를 도입했다. 그들은 인지 공학이라는 용어의 틀이 인지 과학의 적용을 통해 인간과 컴퓨터 간의 상호작용을 개선하는 데 지나치게 초점을 맞추고 있다고 불만을 느꼈다. 대신 홀나겔과 우즈는 분석의 단위를 인간-컴퓨터 상호작용에서 공동 인지 시스템으로 전환하는 것을 강조하고자 했다.[^11]

홀나겔과 우즈가 인지 공학과 인지 시스템 공학을 구별하려 했음에도 불구하고, 일부 연구자들은 두 용어를 여전히 혼용하고 있다.[^12]

주제

공동 인지 시스템

위의 기원 섹션에서 언급했듯이, 인지 시스템 공학의 핵심 원칙 중 하나는 분석의 기본 단위가 공동 인지 시스템이라는 것이다. 인지 과제를 개인만이 수행하는 것으로 보는 대신, CSE는 인지 작업을 여러 사람이 서로 조율하고 기술을 활용하여 하나의 시스템으로서 공동으로 인지 작업을 수행하는 것으로 본다.[^1]

맥락 속에서의 작업 연구

CSE 연구자들은 통제된 실험실 환경에서 작업이 어떻게 수행되는지를 연구하는 것이 아니라, 현장에서의 작업에 초점을 맞춘다.[^3] 거시인지(macrocognition)로 알려진 이 연구 접근법은 자연주의적 의사결정(naturalistic decision-making)에서 취하는 접근법과 유사하다. 맥락 속에서 수행된 작업 연구의 예로는 줄리언 오르(Julian Orr)의 복사기 기술자에 대한 민족지학적 연구,[^13] 루시 서치먼(Lucy Suchman)의 사람들이 복사기를 사용하는 방식에 대한 민족지학적 연구,[^14] 다이앤 본(Diane Vaughan)의 우주왕복선 챌린저호 참사 이후 NASA에서의 공학 작업에 대한 연구,[^15] 그리고 스콧 스눅(Scott Snook)의 1994년 블랙 호크 격추 사건 이후 군사 작업에 대한 연구가 있다.[^16]

복잡성에 대한 대처

인지 시스템 공학 연구를 관통하는 일반적인 주제는 복잡성을 효과적으로 다룰 수 있는 공동 인지 시스템을 어떻게 설계할 것인가 하는 문제이며, 여기에는 그러한 시스템이 복잡성을 효과적으로 다루지 못하는 일반적인 패턴도 포함된다.[^17][^3][^18][^19]

이상 상황 대응

위의 기원 섹션에서 언급했듯이, CSE 연구자들은 스리마일섬 사고(TMI)의 영향을 받았다. 복잡성에 대한 대처의 구체적인 적용 사례 중 하나는, 원자력 발전소와 같은 공정을 감독하는 인간 운전원이 발생한 문제에 대처해야 할 때 수행해야 하는 작업이다. 이러한 작업은 때때로 이상 상황 대응(anomaly response)[^3][^20] 또는 동적 결함 관리(dynamic fault management)로 알려져 있다.[^21] 이 유형의 작업은 종종 불확실성, 빠르게 변화하는 조건, 그리고 어떤 시정 조치를 취할 것인지를 결정하는 데 있어서의 위험 상충관계를 수반한다.

조율

공동 인지 시스템은 인지 과제를 완수하기 위해 함께 작업해야 하는 여러 행위자를 포함하기 때문에, 조율은 CSE에서 또 다른 관심 주제이다. 구체적인 예로는 공통 기반(common ground)[^22] 개념과 공동 인지 시스템에서 에이전트로서 효과적으로 기여할 수 있는 소프트웨어를 구축하기 위한 그 함의가 있다.[^23]

인지적 도구

CSE 연구자들은 사람들이 인지 작업을 지원하고 여러 사람에 걸쳐 이 작업을 조율하기 위해 기술을 어떻게 사용하는지를 연구한다. 연구자들이 연구한 이러한 인지적 도구(cognitive artifacts)의 예로는 중환자실에서 사용되는 "침상 기록부(bed book)",[^24] 우주 운영에서 사용되는 "음성 루프(voice loops)",[^25] 항공에서 사용되는 "속도 버그(speed bugs)",[^26] 공학 작업에서의 도면과 스케치,[^27] 그리고 해상 항법에서 사용되는 다양한 도구가 있다.[^28]

CSE 연구자들이 특히 관심을 갖는 것은 컴퓨터 기반 도구가 공동 인지 작업에 어떻게 영향을 미치는지,[^29] 특히 자동화의 영향,[^30] 그리고 시스템 운전원이 사용하는 전산화된 인터페이스이다.[^31]

창시자 및 기초 공헌자

Erik Hollnagel David Woods *Robert Hoffman *Philip Smith *Jens Rasmussen *Emily Roth *Gary Klein

도서

*Cognitive Systems Engineering: The Future for a Changing World by Philip J. Smith and Robbert R. Hoffman, eds. 2017 *Joint Cognitive Systems: Patterns in Cognitive Systems Engineering by David Woods and Erik Hollnagel, 2005. 978-0849328213 *Joint Cognitive Systems: Foundations of Cognitive Systems Engineering by Erik Hollnagel and David Woods, 2005. 978-0367864156 *Cognitive Systems Engineering by Jens Rasmussen, Annelise Mark Pejtersen, and L.P. Goodstein, 1994.