Empowering Pilots via Adaptive Competency-based Training

For decades, pilot training has been geared towards combating human error by standardizing procedures and checklists. This has proven to be very successful in training so-called routine experts who have the necessary level of knowledge to handle the defined tasks. In order to take the next step in training quality, however, the transfer to unforeseen situations must be trained. However, standardized training can only successfully prepare for problems that can be standardized.

In addition to this general paradox of pilot training, the COVID-19 pandemic and the short-term countermeasures taken are posing immense challenges to the industry. Training programs have been cut and experienced personnel have been forced into early retirement. In addition, pilots currently have a less stable and attractive career path. This is likely to lead to a permanent decline in available pilots.

These developments have shown that in order to achieve sustainable high-quality pilot training (creating resilience and out-of-the-box thinking), a fundamental paradigm shift in pilot training is required.

The aviation industry has already initiated such a paradigm shift towards Competency-based Training and Assessment (CBTA), which enables the INDIVIDUALIZATION AND OPTIMIZATION OF TRAINING PROCESSES and training plans, thus supporting the optimization of (i) use of training resources and (ii) training quality.

OPPORTUNITIES THROUGH NEW TECHNOLOGIES - Recent technological developments in sensor technology and AI-based modeling enable an evaluation of pilot performance from a passive observer role (e.g. interpretation of visual attention, interaction analysis, workload analysis) as a basis for modeling developed skills and competencies. In addition, the latest immersive technologies enable ACTIVE INTERVENTION and thus the development of individualized, adaptive assistance technologies.

VISION TO GO BEYOND - The vision of the EmPACT project is to revolutionize pilot training by leveraging the latest technological developments in mixed reality technologies. The transfer from purely passive observation of performance to ACTIVE, ADAPTIVE support of pilots enables the INDIVIDUALIZATION AND OPTIMIZATION OF PILOT TRAINING in terms of processes and training plans.

The goals of the EmPACT project are:
• Active feedback – use of mixed reality functionalities to enrich and overlay real environments with virtual support
• Objective performance assessment – ​​a sensor-based analysis of pilot performance (task execution analysis, behavior analysis, visual attention and cognitive load analysis)
• Competency modeling – abstract modeling of underlying and associated competencies (situational awareness, workload management and automation)
• Vulnerability analysis – detection of deviations from optimal performance
• Adaptive, individualized assistance – decision component for triggering, parameterizing and controlling individual, relevant assistance, including a feedback mechanism on the success of the intervention to adjust intensity and modality settings of the intervention.
• Testing and validation – application and evaluation in three pilot training studies covering three representative use cases (full VR, fixed simulators and full flight simulator training environments)
• Impact assessment – ​​evaluation of impact (training quality, training efficiency) in comparative studies to the control group

The expected impacts of the project are to optimize (i) training quality (increase resilience, adaptability, reduce additional training), (ii) training efficiency (optimize resources, reduce costs, increase flexibility) and (iii) strengthen the position as an innovation driver – both in industry and regulation (technology and business leadership) – and thereby establish and ensure a predominant role in the future of pilot training development.

[Original text]
"Empowering Pilots via Adaptive Competency-based Training"
Über Jahrzehnte hinweg war die Pilotenausbildung darauf ausgerichtet, menschliches Versagen durch Standardisierung von Verfahren und Checklisten zu bekämpfen. Dies hat sich als sehr erfolgreich in der Ausbildung sogenannter Routine Experts erwiesen, die das erforderliche Maß an zur Bewältigung der definierten Aufgaben aufweisen. Um den nächsten Schritt in der Ausbildungsqualität zu schaffen, muss jedoch gerade der Transfer auf unvorhergesehene Situationen trainiert werden. Standardisierte Trainings können werden jedoch nur erfolgreich auf standardisierbare Probleme vorbereiten.

Neben diesem generellen Paradoxon der Pilotenausbildung, stellen die COVID-19-Pandemie und die getroffenen kurzfristigen Gegenmaßnahmen die Branche vor immense Herausforderungen. Ausbildungsprogramme wurden gekürzt und erfahrenes Personal vorzeitig in den Ruhestand versetzt. Darüber hinaus bietet sich Piloten momentan ein wenig stabiler und attraktiver Karriereweg. Dies wird voraussichtlich zu einem dauerhaften Rückgang von verfügbaren Piloten führen.

Diese Entwicklungen haben gezeigt, dass, um eine nachhaltige hochwertige Pilotenausbildung  zu erzielen (Schaffung von Resilienz und Out-of-the-Box-Denken), ein grundlegender Paradigmenwechsel in der Pilotenausbildung erforderlich ist.

Die Luftfahrtindustrie hat bereits einen solchen Paradigmenwechsel in Richtung Competency-based Training and Assessment (CBTA) eingeleitet, der die INDIVIDUALISIERUNG UND OPTIMIERUNG VON TRAININGSPROZESSEN und -Trainingsplänen ermöglicht und somit die Optimierung von (i) Nutzung von Trainingsressourcen und (ii) Ausbildungsqualität unterstützt.

CHANCEN DURCH NEUE TECHNOLOGIEN - Jüngste technologische Entwicklungen in der Sensorik und der KI-basierten Modellierung ermöglichen eine Evaluierung der Pilotenleistung aus einer passiven Beobachterrolle heraus (z. B. Interpretation der visuellen Aufmerksamkeit, Interaktionsanalyse, Arbeitsbelastungsanalyse) als Basis für die Modellierung entwickelter Fähigkeiten und Kompetenzen. Darüber hinaus ermöglichen die neuesten immersiven Technologien ein AKTIVES EINGREIFEN und damit die Entwicklung individualisierter, adaptiver Assistenztechnologien.

VISION TO GO BEYOND – Die Vision des EmPACT-Projekts ist es, die Pilotenausbildung durch die Nutzung der neuesten technologischen Entwicklungen in Mixed-Reality-Technologien zu revolutionieren. Der Transfer von einer rein passiven Beobachtung der Leistung hin zu einer AKTIVEN, ADAPTIVEN Unterstützung von Piloten ermöglicht die INDIVIDUALISIERUNG UND OPTIMIERUNG DER PILOTENAUSBILDUNG in Bezug auf Prozesse und Trainingspläne.

Die Ziele des EmPACT Projekt sind:
• Aktives Feedback – Nutzung von Mixed-Reality-Funktionalitäten, um reale Umgebungen mit virtueller Unterstützung anzureichern und zu überlagern
• Objektive Leistungsbewertung – eine sensorbasierte Analyse der Pilotenleistung (Aufgabenausführungsanalyse, Verhaltensanalyse, visuelle Aufmerksamkeits- und kognitive Belastungsanalyse)
• Kompetenzmodellierung – Abstrakte Modellierung von zugrundeliegenden und assoziierten Kompetenzen (Situational Awareness, Workload Management und Automatisierung)
• Schwachstellenanalyse – Erkennung von Abweichungen von der optimalen Leistung
• Adaptive, individualisierte Assistenz – Entscheidungs-Komponente zum Auslösen, Parametrieren und Steuern individueller, relevanter Assistenz, einschließlich eines Feedback-Mechanismus zum Erfolg der Intervention, um Intensitäts- und Modalitätseinstellungen der Intervention anzupassen.
• Test und Validierung – Anwendung und Bewertung in drei Pilotenausbildungsstudien, die drei repräsentative Anwendungsfälle abdecken (vollständige VR, feste Simulatoren und Full-Flight-Simulator-Trainingsumgebungen)
• Folgenabschätzung – Bewertung der Wirkung (Trainingsqualität, Trainingseffizienz) in Vergleichsstudien zur Kontrollgruppe

Die erwarteten Auswirkungen des Projekts sind die Optimierung (i) der Trainingsqualität (Steigerung der Resilienz, Anpassungskompetenz, Reduzierung zusätzlicher Trainings), (ii) der Trainingseffizienz (Optimierung von Ressourcen, Reduzierung von Kosten, Erhöhung der Flexibilität) sowie ( iii) die Position als Innovationstreiber – sowohl in der Industrie als auch in der Regulierung (Technologie- und Wirtschaftsführerschaft) – zu stärken und dadurch eine vorherrschende Rolle in der Zukunft der Pilotenausbildungsentwicklung zu etablieren und sicherzustellen.