Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt
SE Luftfahrtpsychologie WS 03-04, KFU Graz Institut für Psychologie, Dr. P. Hoffmann Barbara Fritz, Eva Grabensberger, Barbara Karner, Stefan Kastl, Alex Kohlberger, Eva Monsberger, Eva Riederer, Michaela Schoiswohl, Silvia Stessl

Flugsicherung und Flugführung
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Einleitung 1. Definition eines Mensch-Maschine- Systems 2. Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen 3. Analyse, Gestaltung und Bewertung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Definition eines Mensch- Maschine-Systems Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Ein oder mehrere Menschen wirken mit einem technischen System zusammen. „Maschine“ : technische Systeme aller Art Ziel: bestimmte Arbeitsergebnisse durch das Gesamtsystem Mensch-Maschine bestmöglich zu erreichen. Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Ein Mensch-Maschine-System kennzeichnet sich durch das Zusammenwirken eines oder mehrerer Menschen mit einem technischen System. Das Ziel ist, bestimmte Arbeitsergebnisse durch das Gesamtsystem Mensch-Maschine bestmöglich zu erreichen. Dafür ist es wichtig, dass der Mensch zielgerichtet und optimal mit der Maschine zusammenwirkt. Mit dem Begriff Maschine werden technische Systeme aller Art bezeichnet. Dadurch ergibt sich ein breites Spektrum unterschiedlicher Mensch-Maschine- Systeme. Selbst die Kommunikation zwischen Menschen kann in ein Mensch- Maschine-System eingebunden sein, wenn eben, um zu kommunizieren, ein Datenkommunikationssystem verwendet wird. Es findet eine Mensch- Maschine-Mensch-Kommunikation statt.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Definition eines Mensch- Maschine-Systems Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Primäre Zielsetzung: die bestmögliche Erfüllung vorgegebener Ziele Übergeordnete Ziele: Wirtschaftlichkeit Sicherheit Umweltverträglichkeit Beherrschbarkeit Arbeitszufriedenheit Sozialverträglichkeit Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Alle Mensch-Maschine-Systeme haben als primäre Zielsetzung die bestmögliche Erfüllung vorgegebener Ziele durch die Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Zu den wichtigsten übergeordneten Zielen gehören Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, Arbeitszufriedenheit sowie Beherrschbarkeit, Umweltverträglichkeit und Sozialverträglichkeit. Im Folgenden werden diese Begriffe kurz erklärt: Der primäre Zweck eines Mensch-Maschine-Systems ist das Bewerkstelligen einer gewünschten Leistung unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit. Der wiederum ist meist die Sicherheit des Gesamtsystems übergestellt, da es in einem unsicheren Betrieb zu unwirtschaftlichen Ausfällen des Systems kommen kann. Außerdem ist eine erhöhte Sicherheit vor allem bei komplexen technischen Systemen zum Schutz von Mensch und Natur von Nöten. Somit wirkt sich die Sicherheit auf die Umweltverträglichkeit aus, die wiederum auch durch die Einhaltung bestimmter Betriebsverfahren durch das Bedienungspersonal beeinflusst wird. Das angestrebte Ziel der optimalen Gestaltung von Arbeitstätigkeiten wird sowohl durch die Beherrschbarkeit eines technischen Systems, zu der Führbarkeit und Wartbarkeit zählen, als auch durch die Arbeitszufriedenheit erreicht. Die Sozialverträglichkeit bindet das Mensch-Maschine-System in einen größeren sozialen Zusammenhang. Zwischen all diesen hier erwähnten Zielen gibt es unterschiedliche Beziehungen. Allgemein kann gesagt werden, dass sich alle Ziele direkt oder indirekt auf die Wirtschaftlichkeit auswirken.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen Einleitung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Im Kontext eines Mensch-Maschine-Systems sind unterschiedliche berufliche Rollen zu nennen, die jeweils anders auf das System einwirken und verschiedene bedeutende Funktionen zu erfüllen haben: der Bediener und Benützer, der Entwurfsingenieur, der Manager, der Betriebsingenieur und das Wartungspersonal. Nun folgen die detaillierten Beschreibungen der einzelnen Tätigkeitsbereiche.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Der Bediener: Operatives Betriebswissen Praktisches Handlungswissen hat den Auftrag, das technische System zu leiten und zu führen befindet sich einer permanenten Mensch- Maschine-Interaktion Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Der Bediener (englisch: operator) Der Bediener besitzt operatives Betriebswissen, praktisches Gebrauchswissen und das erforderliche Handlungswissen für die Interaktion mit dem technischen System. Dies gilt für normale Betriebsbedingungen. Der Bediener hat den, manchmal auch selbst gestellten, Auftrag das technische System zu leiten und zu führen, weswegen er oft auch als Führer bezeichnet wird (was auch umfassender und zutreffender wäre). Der Bediener befindet sich in einer permanenten Mensch-Maschine- Interaktion, in der er in einem Wirkungsgefüge über Schnittstellen mit dem technischen System arbeitet.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Der Benutzer: nutzt passiv die Leistung eines MMS Die Benutzung kann jederzeit unterbrochen oder beendet werden. Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Der Benutzer (englisch: user) Seine Tätigkeit ist zwar teilweise mit der des Bedieners identisch, trotzdem gibt es einen entscheidenden Unterschied: Der Bediener übt eine aktive Rolle aus, der Benutzer nutzt im Gegensatz dazu passiv die Leistung eines Mensch-Maschine-Systems. Er entscheidet über die individuelle Verwendung eines technischen Systems (z.B.: als Hilfsmittel, Werkzeug, Informationssystem), wobei diese Benutzung jederzeit unter Beachtung der jeweiligen Bedingungen unterbrochen oder beendet werden kann. Das technische System muss nicht auftragsgemäß ständig weiterlaufen. Auch das stellt einen bedeutenden Unterschied zum Bediener da, der ständig eingebunden ist.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Der Betriebsingenieur Es gibt bestimmte Mensch-Maschine-Systeme, in denen die Bediener über das erforderliche Handlungswissen verfügen, um beim Auftreten von technischen Fehlern angemessen weiterarbeiten zu können. In anderen Mensch-Maschine-Systemen hingegen sind in solchen Situationen Personen mit erheblich technisch-wissenschaftlichem Wissen von Nöten, die Betriebsingenieure. Sie werden direkt vor Ort gerufen und können das System (zumindest vorläufig) in einen zufrieden stellenden Zustand führen. Das Wartungspersonal Dieses führt bei Stillstand des technischen Systems Reparaturarbeiten durch. Das Wartungspersonal ist meist bei Betriebsausfällen gleichzeitig mit dem Betriebsingenieur vor Ort. Der Manager Seine Aufgabe ist das Vermitteln über den Betriebsingenieur. Der Manager verfügt meist über kein praktisches Gebrauchswissen. Sein technisch- wissenschaftliches Funktionswissen muss aber groß genug sein, um die oben erwähnten Ziele und deren Erfüllung anstreben zu können. Die Entwurfsingenieure Sie sind an der Entwicklung eines Mensch-Maschine-Systems beteiligt und tragen auch auf unterschiedliche Art und Weise zu einer Optimierung der Wechselwirkung zwischen Mensch und technischen System bei. Normalerweise sind sie in eine eigene Organisation, (die des Herstellers,) eingebunden.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Analyse, Gestaltung und Bewertung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen MMS kann auf drei unterschiedlichen Untersuchungsebenen betrachtet werden: Analyse: aufbauend auf Modellen und - experimentellen Untersuchungen Bewertung: bezieht sich auf die in der Praxis geleisteten Arbeitstätigkeiten und - das gesamte Arbeitsumfeld Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Mensch-Maschine-Systeme können auf drei unterschiedlichen Untersuchungsebenen betrachtet werden, die im Folgenden näher erläutert werden. Die Analyse eines Mensch-Maschine-Systems baut auf Modellen und auf experimentellen Untersuchungen auf. Modelle dienen der allgemeinen Beschreibung möglichst vieler Leistungsaspekte und Verhaltensweisen von Arbeitstätigkeiten. Experimente, häufig Laboruntersuchungen, werden durchgeführt, um wesentliche Merkmale und mögliche Abhängigkeiten verschiedenster Kontroll- und Problemlösungstätigkeiten zu erfassen. Die Bewertung bezieht sich auf die vom Menschen in der Praxis geleisteten Arbeitstätigkeiten und das gesamte Arbeitsumfeld, um vorhandene Mensch-Maschine-Systeme ganzheitlich zu kritisieren. Dabei wird die Humanisierung menschlicher Arbeit in den Vordergrund gestellt. Der analytische und der bewertende Ansatz stellen durch ein kritisches Bewusstmachen der Vorzüge beider eine gegenseitige Ergänzung dar: Die Bewertung möchte den Gesamtzusammenhang der Arbeitstätigkeiten in den Mittelpunkt stellen, die Analyse betont aber vielmehr die Notwendigkeit zu einer effizienten Betrachtungsgenauigkeit.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Analyse, Gestaltung und Bewertung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Gestaltung: beschäftigt sich mit den notwendigen Systemkomponenten. Für alle drei Ebenen von großer Bedeutung: Vier Klassen von Einflussvariablen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Für die dritte Untersuchungsebene, die Gestaltung, stellen diese beiden bis jetzt angesprochenen Ansätze unverzichtbare Voraussetzungen dar. Aus der Sicht der Anwendung besitzt der gestalterische Ansatz die größte Bedeutung. Er beschäftigt sich mit den für ein Mensch- Maschine-System notwendigen Systemkomponenten (wie Anzeigen, Bedienelementen).

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Einleitung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Als wesentliche Systemvariablen in einem technischen System gelten Automatisierungseinrichtungen und Unterstützungssysteme, sowie Bedienelemente und Anzeigen. Daneben spielen in einem Mensch-Maschine-Wirkungsgefüge folgende Variablen eine bedeutende Rolle: Variabeln des Menschen, der Umgebung und des Verfahrens. Die Variablen des Menschen können entweder für jede Person relativ unveränderbar festgelegt sein, wie die psychophysiologischen Eigenschaften, oder individuell verschieden sein, wie beispielsweise die Erfahrung, die durch Übung über einen längeren Zeitraum hinweg verändert wird, oder die Aufmerksamkeit, die kurzfristig durch die verschiedensten Einflussgrößen beeinflusst werden kann. Von Außen wird ein Mensch von den Umgebungsvariablen, zu denen z.B. Temperatur, Lärm und Beleuchtung zählen, sowie von den Verfahrensvariablen, die auf die Aufgabenerfüllung von Außen einwirken, beeinflusst.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Informationsverarbeitung Schema der menschlichen Informationsübertragung Sinnes- und Wahrnehmungssysteme Sensomotorische und kognitive Prozesse Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL) Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Schema der menschlichen Informationsübertragung Informationsaufnahme (Sensorik) Zentrale Informationsverarbeitung und Entscheidung Informationsweiterleitung (Bedienhandlung: Motorik, Sprache) Informationsspeicherung (Gedächtnis) Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Notizen: Man kann die Informationsübertragung in vier Teilbereiche gliedern

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Schema der menschlichen Informationsübertragung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Eine detailliertere Betrachtungsweise zeigt das Modell von Wickens (1984) (siehe Grafik 2). Die aufgenommenen Reize gelangen zuerst in den sensorischen Kurzzeitspeicher, der eine große Anzahl von Informationen für einen kurzen Zeitraum ( ca. 0,1 bis 0,5 sec.) speichern kann. Nachdem Art und Bedeutung der Information wahrgenommen wurde, kommt es anschließend zu der Entscheidung, wie und auf welche Weise auf die Reize reagiert werden soll. Währenddessen findet ein ständiger Informationsaustausch mit dem Arbeitsgedächtnis (= Kurzzeitgedächtnis) statt. Dieses steht wiederum mit dem Langzeitgedächtnis in Verbindung. Wurde eine Antwort ausgewählt, wird sie über das Rückenmark ausgeführt. Zusätzlich werden in dieser Abbildung die für die Informationsverarbeitung benötigten Aufmerksamkeitsressourcen dargestellt. Diese können auf die entsprechenden Einflußgebiete (Wahrnehmung, Entscheidung und Antwortauswahl, Arbeitsgedächtnis und Antwortausführung) unterschiedlich und in gewünschter Weise verteilt werden. Die Verteilung der Aufmerksamkeitsressourcen ist erlernbar, was vor allem für die Vermeidung menschlicher Fehlhandlungen wichtig ist.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Sinnes- und Wahrnehmungssysteme Das visuelle System - Der Gesichtssinn Das auditive System - Der Gehörsinn Das Vestibularsystem – Der Gleichgewichtssinn Das olfaktorische System - Der Geruchssinn Das haptische System - Der Tastsinn Das propriozeptive System - Die Tiefensensibilität Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Der menschliche Körper besitzt zur Erfassung seiner Umwelt folgende Wahrnehmungssysteme:

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Sinnes- und Wahrnehmungssysteme Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Die Abbildung zeigt, dass von der großen, aus der Umwelt eintreffenden Informationsmenge von ca. 10^9 bits/Sekunde nur der zehnmillionste Teil, nämlich ca. 10^2 bits/Sekunde, also etwa hundert Informationseinheiten pro Sekunde im Gehirn weiterverarbeitet werden. Durch die Verknüpfung mit bereits im Gehirn vorhandenen Gedächnisinhalten wird diese Informationsmenge wieder auf bis zu ca. 10^7 bits/Sekunde, also auf das Zehntausendfache vervielfältigt.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Sensomotorische und kognitive Prozesse Sensomotorische Prozesse -unmittelbares Antworten auf Reize Kognitive Prozesse -bewußt geführte psychische Prozesse Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL) Computermodell - Simulation der kognitiven Leistungen Module: Datenselektion Antizipation Konfliktresolution Update Exekutive Kontrolle Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung MoFL ist ein Computermodell, das die kognitiven Leistungen der Fluglotsen simuliert. Dieses Modell könnte zur Überprüfung und Verbesserung eines Systementwurfs für zukünftige Flugsicherungskonzepte genutzt werden. Ein Vorteil dieses Modells liegt darin, dass in kurzer Zeit eine Vielzahl möglicher Szenarien durchgespielt werden kann. MoFL wurde als Instrument zum situation awareness Training modifiziert. Das kognitive Modell arbeitet gleichzeitig neben den Fluglotsenschülern, baut ein picture (picture = eine kontinuierlich aktualisierte mentale Repräsentation der Verkehrssituation) auf und hält es aktuell. Die derzeitige Wichtigkeit der Flugzeuge wird dem Schüler durch eine Farbcodierung übermittelt, womit man das Bewußtsein des Schülers für relevante Konstellationen trainiert. Das Modell berücksichtigt dabei sowohl das sich ständig verändernde und komplexe Aufgabenumfeld, als auch die zeitlich begrenzten Eingriffs- und Verarbeitungsspielräume. Das Modell besteht aus fünf Modulen (Datenselektion, Antizipation, Konfliktresolution, Update und exekutive Kontrolle).

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL) Informationsverarbeitungszyklen: Monitoring Antizipation Konfliktresolution Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Der Monitoringzyklus umfaßt Datenselektionsprozesse und das kontinuierliche Update von Luftfahrzeugen. “Aufmerksamkeitsfordernden” Objekten ( = Flugzeuge, die z.B.: auf Grund von räumlicher Nähe zu anderen Flugzeugen als potentielle Konfliktquelle betrachtet werden können) und neu einfliegenden Flugzeugen wird ein hohes Aktivierungsniveau zugewiesen. Flugzeugen mit niedrigem Aktivierungsniveau wird eine geringe Aufmerksamkeit zuteil und sie werden nur mit geringer Information ( laterale Position, rudimentärer Richtungshinweis) repräsentiert. Die Antizipation beinhaltet die Abschätzung, ob hoch aktivierte Objekte künftig in Konflikt geraten, sicher separiert sind oder überwacht werden müssen. Kommt es zu einer Konflikterkennung wird das Ereignis “Konflikt” generiert, das weiters durch eine Abschätzung der verbleibenden Zeit ergänzt wird. Bei der Konfliktresolution initiiert der Problemlösezyklus Prozesse, um drohende Konflikte zu vermeiden. Dabei sucht das System zuerst den dringlichsten Konflikt aus, um dann verschiedene Lösungsvorschläge abzurufen. Diese Lösungsvorschläge werden auf eventuelle Folgekonflikte hin überprüft. Zuletzt wird die passendste Lösung gewählt und ausgeführt. Dieses Modell kann auch vordefinierte Standardlösungen nutzen, die zu gewissen Konflikttypen passen.

Mensch-Maschine-Systeme
SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Tätigkeiten als Informations-verarbeitungsprozesse Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Anliegen der Mensch-Maschine Systemforschung: bedienerorientierte Gestaltung Arbeitstätigkeiten des Menschen im M-M-S: Kontrolltätigkeiten Problemlösungstätigkeiten Entscheidungstätigkeiten Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Tätigkeiten als Informationsverarbeitungsprozesse Ein wichtiger Punkt in der Mensch-Maschine-Systemforschung ist die bedienerorientierte Gestaltung. Daraus ergibt sich, dass die Arbeitstätigkeiten des Menschen verstanden werden müssen. Es werden 3 Formen der Arbeitstätigkeiten im M-M-S unterschieden: a) Kontrolltätigkeiten b) Problemlösungstätigkeiten c) Entscheidungstätigkeiten Entscheidungstätigkeiten nehmen eine Sonderrolle ein, da sie übergreifend sowohl bei Kontrolltätigkeiten als auch bei Problemlösungstätigkeiten wirksam sind.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Konkrete Tätigkeiten im M-M-S Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Identifizieren der Aufgabenanforderung Identifizieren einer Menge von Hypothesen oder alternativer Handlungsverläufe Identifizieren der wahrscheinlichen Auswirkungen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Folgende Tätigkeiten sind im Mensch-Maschine-System laut Johannsen, Rijnsdorp, Sage (1983) auszuführen: Identifizieren der Aufgabenanforderungen, um beispielsweise die weiter zu verfolgenden und die nicht zu berücksichtigenden Gesichtspunkte oder Probleme zu bestimmen Identifizieren einer Menge von Hypothesen oder alternativer Handlungsverläufe, die die identifizierten Probleme lösen können Identifizieren der wahrscheinlichen Auswirkungen der alternativen Handlungsverläufe

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Konkrete Tätigkeiten im M-M-S Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Interpretation dieser Auswirkungen hinsichtlich Ziele und Vorgaben der Aufgabe Auswahl einer Alternative für die Ausführung Überwachen der Leistung Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Interpretieren dieser Auswirkungen hinsichtlich der Ziele und Vorgaben der Aufgabe Auswählen einer Alternative für die Ausführung und Ausführen der sich ergebenden Kontrolle Überwachen der Leistung, um beispielsweise zu ermitteln, wie gut der Mensch und das technische System arbeiten. Die ersten vier Tätigkeiten lassen sich zur Klasse der Problemlösungstätigkeiten zusammenfassen, während die letzten beiden zu der Klasse der Kontrolltätigkeiten zählen. Eine weitere Einteilung wird verfeinert vorgenommen in: kognitiv bestimmte Problemlösungstätigkeiten Kognitiv weniger anspruchsvolle Problemlösungstätigkeiten Sensomotorisch bestimmte Kontrolltätigkeiten

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Arbeitstätigkeiten Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Kontrolltätigkeiten Mikro-Entscheidungen und Unteraufgaben: Greifen, Schalten manuelle Regelungen, Überwachung Problemlösungstätigkeiten Makro-Entscheidungen: Zielsetzung, Hypothesenbildung, Planung, Fehlermanagement Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Kontroll- und Problemlösungstätigkeiten Kontrolltätigkeiten schließen so genannte Mikro-Entscheidungen und mehrere Unteraufgaben mit ein. Dazu gehören Greifen, Schalten, manuelle Regelungen und Überwachung. Problemlösungstätigkeiten umfassen Makro Entscheidungen. Zu diesen zählen: Ziele auswählen, Hypothesen über Systemzustände bilden, Handlungsalternativen entwerfen, etc. Problemlösungstätigkeiten lassen sich in zwei weitere Unterklassen unterteilen: a) Planung b) Fehlermanagement Ad a) Bei der Planung werden mögliche zukünftige Probleme in dem Sinne gelöst, dass eine Anzahl geeigneter Alternativen zur Erreichung gewünschter zukünftiger Zustände unter verschiedenen vorhersagbaren und unvorhersagbaren Bedingungen mental erzeugt wird. Damit erfolgt eine gedankliche Vorausnahme, Bewertung und Vorbereitung zukünftiger oder unmittelbar bevorstehender Betriebsphasen und Aufgaben. Ad b) Das Fehlermanagement beschäftigt sich dagegen mit der Lösung von Problemen in gegenwärtig vorhandenen Fehlersituationen, in denen unerwünschte Abweichungen von normalen Betriebsbedingungen aufgetreten sind. Eine Untergliederung des Fehlermanagements in 3 Phasen wurde eingeführt und zwar in: Fehlerentdeckung Ist der Vorgang, bei dem jede Art von unerwünschten Abweichungen von normalen Betriebsbedingungen bemerkt wird. Dies gilt für plötzlich auftretende, wie für langsam anwachsende Veränderungen. Fehlerdiagnose Ist der Vorgang, bei dem die Ursachen des Fehlverhaltens aufgedeckt und dementsprechend Ort und Art der aufgetretenen Fehler ermittelt werden. Fehlerkorrektur Ist der Vorgang, mit dem zu normalen Systemzuständen zurückgekehrt wird.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Informations-verarbeitungsprozesse des Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Informations- Verarbeitungsphasen: Kategorienbildung Planung Handlung Verhaltensebenen: Zustandorientierte Ebene Kontextorientierte Ebene Strukturorientierte Ebene Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Informationsverarbeitungsprozesse des Menschen Um die Arbeitstätigkeiten auszuführen und zu verstehen ist es nötig, näher auf die dafür erforderlichen Informationsverarbeitungsprozesse des Menschen einzugehen. Rasmussen (1976, 1984, 1986) entwickelte eine schematische Darstellung des sequentiellen Abläufe der Informationsverarbeitungsprozesse. Er geht davon aus, dass der Mensch von der Aktivierung, der Entdeckung eines Handlungsbedarfes über die verschiedenen Informationsverarbeitungsstufen einer wissensbasierten Analyse zu einer Bewertung der Gesamtsituation gelangt, um danach über die verschiedenen Informationsverarbeitungsstufen der wissensbasierten Planung schließlich die Stufe der Ausführung zu erreichen. Die Informationsverarbeitungsprozesse enthalten die jeweiligen Zustände des Wissens, als Ergebnis der Informationsverarbeitung. Zusammenhang zwischen Verhaltensebenen und deren Informationsverarbeitungsphasen für menschliche und automatische Kontrolle und Planung (Rasmussen 1984, 1986): Die Tätigkeiten des Bedieners im M-M-S und im Prinzip auch die der Automatisierungs- und Unterstützungssysteme werden in drei Phasen untergliedert: Informationsverarbeitungsphasen: Kategorienbildung Planung Handlung Diese drei Phasen werden in zyklischer Weise bei allen Formen der Kontrolle und Problemlösung durchlaufen, und zwar entweder auf einer zustand-, einer kontext- oder strukturorientierten Ebene. Die Kontextorientierung bezieht sich auf die aufgabenbezogene Bündelung von Informationen. In bestimmten Aufgaben kann zwischen den verschiedenen Ebenen gewechselt werden oder sie können miteinander kombiniert werden.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Informations-verarbeitungsprozesse des Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zusammenhang zwischen Verhaltensebenen und deren Informationsverarbeitungsphasen Für menschliche und automatische Kontrolle und Planung: Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Zusammenhang zwischen Verhaltensebenen und deren Informationsverarbeitungsphasen für menschliche und automatische Kontrolle und Planung (Rasmussen 1984, 1986): Die Phase der Kategorienbildung bezieht sich auf Messungen, Schätzungen und die Mustererkennung oder auch die Analyse sequentieller Beobachtungen sowie auf Situationsbewertungen und die Systemidentifikation. Die Planungsphase beschreibt entweder eine feste Beziehung zwischen Kategorienbildung und Handlung (so z.B. die Wahl eines geeigneten Regelungsgesetztes in Automatisierungssystemen, die Auswahl vorgefasster fertiger Plane – sogenannter scripts oder „Drehbücher“ oder die Wahl zwischen Alternativen für die Erzeugung neuer Pläne. Die Handlungsphase umfasst die Ausführung und Überwachung entweder stereotyper automatischer Kontrolle durch den Menschen oder durch Automatisierungssysteme, oder durch Regelanwendungen, die durch Symptome im jeweiligen Kontext oder durch eine topographische Suche in Strukturen geleitet werden. Automatisierungssysteme arbeiten in den meisten Fällen auf der zustandsorientierten Ebene, während Menschen leichter auf der kontext- und strukturorientierten Ebene Kontrolle ausüben und Probleme bearbeiten. Der Mensch als Bediener technischer Systeme arbeitet flexibler als automatische Systeme. Bediener können jedoch unter Zeitdruck geraten oder in kritischen Situationen beeinträchtigt sein. Ebenso können Bediener in Langeweile ausgesetzt sein und somit einen Wachsamkeitsverlust erliegen, was möglicherweise zu Fehlhandlungen führt. Aus diesem Grund ist es wichtig eine bedienerorientierte Gestaltung automatisierter technischer Systeme zu schaffen um dadurch diese Effekte zu vermeiden. Ebenso sollte eine flexible Funktions- und Aufgabenverteilung zwischen Bedienern und automatisierten Systemen unter allen normalen, außergewöhnlichen und Notfallbedingungen gewählt werden.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Regulationsebenen menschlichen Verhaltens Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Kognitive Verhaltens- oder Fertigkeitsebenen Handlungsmodell von Rasmussen (1983, 1986) Sensomotorische Fertigkeiten Regelbasiertes Verhalten Wissensbasiertes Verhalten Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Regulationsebenen menschlichen Verhaltens Die Prozesse der mentalen Informationsverarbeitung während der beschriebenen Arbeitstätigkeiten können bezüglich des Grades der kognitiven Inanspruchnahme des Menschen durch die Handlungsmodelle von Rasmussen (1983, 1986) und Hacker (1973, 1986) differenzierter behandelt werden. Rasmussen (1983, 1986) unterscheidet 3 kognitive Verhaltens- oder Fertigkeitsebenen: Sensomotorische Fertigkeiten Regelbasiertes Verhalten Wissensbasiertes Verhalten

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Kognitive Verhaltens- oder Fertigkeitsebenen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Handlungsmodell von Hacker (1973, 1986) a) Kognitive Handlungsvorbereitung Sensomotorische perzeptiv-begriffliche intellektuelle Regulationsebene b) Handlungsrealisierung Bewegungsentwurf Handlungsschema Plan Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Hacker (1973, 1986) unterscheidet zwischen kognitiver Handlungsvorbereitung und Handlungsrealisierung auf jeweils drei Stufen: kognitiver Handlungsvorbereitung - sensomotorische, - perzeptiv-begriffliche - intellektuelle Regulationsebene Handlungsrealisierung - Bewegungsentwurf - Handlungsschema - Plan

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Sensomotorische Fertigkeiten Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Erlernte, automatisierte Verhaltensweisen Nicht-bewusstseinspflichtige Abbilder oder Bewegungsentwürfe Keine willentliche Aufmerksamkeit oder Steuerung gefordert Kontrolltätigkeiten in normalen Betriebssituationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Sensomotorische Fertigkeiten Laut Rasmussen (1986) sind sensomotorische Fertigkeiten, im Sinne gewohnheitsmäßigen Verhaltens, erlernte, stark automatisierte Verhaltensweisen, bei denen nicht-bewusste Programme benutzt werden. Hacker (1986) charakterisiert sie als bewegungsorientierte, nicht- bewusstseinpflichtige Abbilder und Bewegungsentwürfe. Sie erfordern keine willentliche Aufmerksamkeit oder Steuerung mehr. Die verfügbaren Informationen über das technische System und dessen Umgebung werden als zeit- und ortsabhängige Signale, z. B. als kontinuierliche Mehrgrößen- oder als Abtastsignale , wahrgenommen. Diese Signale stoßen automatisierte, sensomotorische Muster an. Die meisten Kontrolltätigkeiten in normalen Betriebssituationen werden auf dieser niedrigen Regulationsebene ausgeführt, sowie sehr einfache Problemlösungstätigkeiten.

Strukturorientierte Ebene
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Informationsverarbeitunsprozesse Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Verhaltensebene Informations- Verarbeitung Zustandorientierte Ebene Kontextorientierte Strukturorientierte Ebene Kategorienbildung Signal-Entdeckung Zustandschätzung Mustererkennung und –vergleich. Analyse sequentieller Beobachtungen Situations- und System- Identifikation Planung Feste Beziehung Skriptenauswahl („Drehbuch“) Planerzeugung und -anpassung Handlung Automatische Kontrolle Symptomatische Regelanwendung Topographische Regelanwendung Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Sensomotorische Fertigkeiten Laut Rasmussen (1986) sind sensomotorische Fertigkeiten, im Sinne gewohnheitsmäßigen Verhaltens, erlernte, stark automatisierte Verhaltensweisen, bei denen nicht-bewusste Programme benutzt werden. Hacker (1986) charakterisiert sie als bewegungsorientierte, nicht- bewusstseinpflichtige Abbilder und Bewegungsentwürfe. Sie erfordern keine willentliche Aufmerksamkeit oder Steuerung mehr. Die verfügbaren Informationen über das technische System und dessen Umgebung werden als zeit- und ortsabhängige Signale, z. B. als kontinuierliche Mehrgrößen- oder als Abtastsignale , wahrgenommen. Diese Signale stoßen automatisierte, sensomotorische Muster an. Die meisten Kontrolltätigkeiten in normalen Betriebssituationen werden auf dieser niedrigen Regulationsebene ausgeführt, sowie sehr einfache Problemlösungstätigkeiten.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Regelbasiertes Verhalten Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Vertraute Situationen Vorhandene, gespeicherte Handlungsregeln Perzeptiv-begriffliche Vorgänge Stereotype Verhaltensweisen in vielen M-M-S Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Regelbasiertes Verhalten Regelbasiertes Verhalten liegt in vertrauten Situationen vor, die durch gespeicherte Regeln behandelt werden können. Hacker (1986) kennzeichnet die entsprechende mittlere Regulationsebene durch perzeptiv-begriffliche Vorgänge und Handlungsschemata. Regelbasierte menschliche Leistung gründet sich auf die Erkennung von Situationen, die mit erlernten oder aus Instruktionen abgeleiteten Handlungsregeln assoziiert werden. Die verfügbaren Eingangsinformationen bestehend aus Zuständen oder Ereignissen lassen bestimmte Merkmale erkennen und Handlungen folgen. Gespeicherte Regeln stehen auf höherer kognitiven Ebene bereit, um Unterprogramme, z.B. Bewegungsentwürfe auf der niedrigeren Ebene der sensomotorischen Fertigkeiten zu koordinieren. Der Gesamteindruck von regelbasierten Verhalten ist der stereotyper Tätigkeiten in vielen Aufgabensituationen der meisten M-M-S.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Wissensbasiertes Verhalten Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Unbekannte Situationen Keine Regeln und Handlungsschemata vorhanden Mentale Modelle und Wissen über das System werden herangezogen Planungsaktivitäten, modifizierte Alternativen, Strategien Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Wissensbasiertes Verhalten Wissensbasiertes Verhalten auf der höchsten kognitiven Ebene wird erforderlich, wenn Situationen unbekannt und keine geeigneten Regeln vorhanden sind. Die Informationen aus der Umgebung sowie über das technische System werden auf dieser Ebene als Symbole für komplexe funktionelle und strukturelle Zusammenhänge interpretiert. Auf dieser Vorlage wird eine vorliegende Situation identifiziert. Sie wird nach den Prioritäten verschiedener Zielgrößen bewertet, woraus sich Entscheidungen bezüglich der zu bewältigenden Aufgabe ergeben. Mentale Modelle werden mit Wissen über die funktionellen Eigenschaften des Systems herangezogen. Der zielgesteuerte Vorgang der Identifikation und Entscheidung führt zu Planungsaktivitäten, die auf die Auswahl zu modifizierender Alternativen oder auf deren Neubildung von Regeln und die mögliche Auslösung von Bewegungsentwürfen gerichtet wird. Hacker (1986) spricht von intellektueller Analyse und der Notwendigkeit, Pläne und Strategien zu entwickeln. Entscheidungs- und Problemlösungstätigkeiten werden durch regelbasiertes Verhalten bewältigt. Kommt es jedoch zu einem unvorhergesehenen Ereignis, wird diese durch wissensbasiertes Verhalten gelöst.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Kritische Situationen - Unfall Informations- verarbeitung Überlastung des Menschen mit Informationen Zeitdruck Angemessenes regel- oder wissensbasiertes Verhalten wird verlangt Menschliches Verhalten wird stärker stereotyp Fällt auf niedrigere kognitive Ebene zurück Simulatorübungen und Trainings Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung In besonders kritischen Situationen, in denen es zu einem Unfall kommen kann, wird vom Menschen angemessenes regel- oder wissensbasiertes Verhalten verlangt. Es hat sich jedoch gezeigt , dass durch eine Überlastung des Menschen mit sehr vielen Informationen, die gerade in solchen Situationen benötigt werden, und/ oder durch Zeitdruck das menschliche Verhalten stärker stereotyp wird und damit eher auf eine kognitive untere Ebene zurückfällt ( nach Keyser, 1986). Aus diesem Grund ist es besonders wichtig, durch Simulatorübungen möglichst viele kritische Situationen so intensiv zu üben, dass im Falle ihres Auftretens in der Praxis dafür abrufbare Regeln bereitstehen.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Normale, außergewöhnliche und Notfallsituationen Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Normale Situationen Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Gesamtes techn. System läuft fehlerfrei Bedienender Mensch begeht keine Fehlhandlungen Verfügbarkeit soll möglichst hoch sein Maßnahmen zur Verbesserung der menschl. Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Verfügbarkeit: Mittlere Zeit normaler Betriebsphasen zwischen dem jeweiligen Auftreten zweier Fehlerereignisse. Wird vergrößert durch Maßnahmen zur Erhöhung der technischen und der menschlichen Zuverlässigkeit. Zu diesen Maßnahmen gehören auf der technischen Seite die Qualitätssteigerung von Systemkomponenten und Untersystemen sowie die Erhöhung der Redundanz durch Vervielfachung besonders kritischer Systemkomponenten. Die Maßnahmen zur Verbesserung der menschlichen Zuverlässigkeit liegen vor allem im Bereich der Ausbildung und des Trainings, umfassen aber auch indirekt alle Maßnahmen zur Verbesserung der Kommunikation zwischen Mensch und Maschine. Technische Fehler und menschliche Fehlhandlungen sind nicht völlig vermeidbar.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Notfallsituationen: Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Technische und menschliche Fehler treten innerhalb eines MMS auf Außergewöhnliche Situationen: Fehler entstehen außerhalb des MMS und wirken in dieses hinein Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Demnach führen der Ausfall eines Triebwerkes oder ein Pilotenfehler zu Notfallsituationen in einem Flugzeug. Eine wegen Nebels geschlossene Landebahn oder die fehlerhafte Höhenvorgabe durch den Fluglotsen kennzeichnen dagegen außergewöhnliche Situationen. Die erwähnten Maßnahmen zur Erhöhung der technischen und menschlichen Zuverlässigkeit können sich definitionsgemäß nur auf Notfallsituationen in MMS auswirken.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Zuverlässigkeitssteigerung in außergewöhnlichen Situationen Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Entweder: Erweiterung der Systemgrenze des interessierenden MMS Oder: Betrachtung eines gewissen Umgebungsbereiches als ein eigenes MMS (Verbindung zwischen den MMS über Schnittstellen) Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Die Behandlung der außergewöhnlichen Situationen hinsichtlich einer Zuverlässigkeitssteigerung erfordert entweder eine entsprechende Erweiterung der Systemgrenze des interessierenden MMS oder die Betrachtung eines gewissen Umgebungsbereiches als ein eigenes MMS. Dieses muss mit dem ersten über geeignete Schnittstellen verbunden sein. In der Flugführung würde das zusätzliche äußere MMS den Arbeitsplatz des ATC betreffen. Es wäre also ein Lotse- Flugsicherung-System, dessen Schnittstellen zum Pilot-Flugzeug- System Wechselsprech- und Datenkommunikationskanäle umfassen.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Fehlerereignisse Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Störfall: Fehlerereignis in der Praxis einiger technischer Systeme z.B. Motorschaden während Autofahrt Störgröße: Auch in normalen Betriebssituationen wirksam. z.B. Windböen od. Straßen- unebenheiten während der Fahrt Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Bei technischen Fehlern werden häufig verschiedene Fehlerklassen unterschieden, die für die einzelnen technischen Systeme jeweils nach der Schwere des Fehlers und seiner möglichen Auswirkungen auf das MMS und seiner Umgebung geordnet werden. Ein Fehlerereignis nennt man in der Praxis einiger technischer Systeme auch Störfall (streng zu unterscheiden von Störgröße!) Störgrößen können gewöhnlich auch in normalen Betriebssituationen wirksam sein. Sie werden ständig entweder vom Menschen oder von Automatisierungseinrichtungen ausgeglichen. Störgrößen: Beim Autofahren: Windböen oder Straßenunebenheiten Störfall: Während der Fahrt auftretender Motorschaden

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Besonders kritische Fehlerereignisse Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Selbst besonders kritische Fehlerereignisse können meistens bei einer guten Gestaltung des MMS entweder vom Menschen oder von der Automatik kompensiert werden. Gerade dem Menschen wird dabei auf Grund seiner Flexibilität und Kreativität ein hohes Maß an Verantwortung übertragen. In der Regel kommt es erst durch die unvorhergesehene Verkettung von mehreren kritischen Ereignissen zu einem Unfall oder gar einer Katastrophe. Die Maßnahmen zur Erhöhung der technischen und menschlichen Zuverlässigkeit versuchen, solche Möglichkeiten weitgehend auszuschließen. Dazu ist es erforderlich, den Beitrag einzelner, teilweise für sich genommen unerheblicher Fehlerereignisse zu einer besonders kritischen Situation oder gar zu einem Unfall zu analysieren. Auf Grund dieser Ergebnisse können Gegenmaßnahmen ergriffen oder das System bereits in der Entwurfsphase verändert werden. Eine Methode zur Analyse dieser Zusammenhänge zwischen mehreren einfachen Ereignissen und deren Auswirkung auf das gesamte Fehlverhalten ist die Fehlerbaum-Methode.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Analyse menschlicher Fehler Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Für % der Unfälle oder Beinahe- Unfälle in der Zivilluftfahrt sind menschliche Fehler hauptverantwortlich. Höherer Automatisierungsgrad: Keine Verbesserung Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Begriff des menschlichen Fehlers als Oberbegriff verwendet oder auch menschlicher Irrtum, „Human Error“. „Menschliches Versagen“ sollte vermieden werden; dieser Ausdruck ist zu rigoros und verurteilend. Wir müssen mit Fehlern leben. Es ist unverzichtbar, ihre Entstehung und Wirkung zu kennen und zu verstehen, um MMS trotzdem beherrschbar zu machen.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Klassifikation menschlicher Fehler Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Hacker: Fehlhandlungen und Handlungs- fehler (Arbeitspsychologische Klassifikation) Reason: Unterscheidung der menschl. Fehler in -Slips (Ausführungsfehler) -Lapses (Gedächtnisfehler) -Mistakes (Denkfehler) (Kognitionspsycholog. Klassifik.) Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Es gibt eine Vielzahl von Klassifikationen. Um nur einige kurz zu erwähnen: HACKER unterscheidet zwischen Fehlhandlungen und Handlungsfehlern. Die psychischen Regulationsgrundlagen der Arbeitstätigkeiten können in vielfältiger Weise gestört sein, wodurch Fehlhandlungen des Menschen entstehen. Deren mögliche Folgen werden als Handlungsfehler bezeichnet. In diesem Sinne können Handlungsfehler als Zeitverlust, Qualitätsminderung, Verstöße gegen Sicherheitsbestimmungen, Beschädigungen von Arbeitsmitteln oder Körperschäden, insbesondere in Form von Unfällen auftreten. Bei den Fehlhandlungsklassifikationen wird der Mangel an handlungsregulierenden Informationen betrachtet. Es wird nach verschiedenen Formen des Informationsmangels unterschieden, der durch unzureichende technische Arbeitsgestaltung verursacht wird.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit in Mensch-Maschine-Systemen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Die Luftfahrt ist wie kaum ein anderer Bereich des menschlichen Lebens von modernsten Technologien durchdrungen. Flugzeuge fliegen selbststeuernd, modernste Radarsysteme überwachen den Flugverkehr und selbst der Transport von Gepäck wäre ohne Computerüberwachung nicht mehr denkbar. Mensch und Technik sind untrennbar vernetzt. Trotzdem kommt es immer wieder zu schweren Unfällen und Unglücken. Hohe technische und menschliche Zuverlässigkeit alleine sind also noch kein Garant für ein sicheres Gesamtsystem. Doch wo liegen die Schwächen?

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Der Mensch als „Unfallursache“ Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Die Abbildung aus Giesa & Timpe (2002) zeigt Schätzungen über menschliches Versagen als Unfallursache in verschiedensten Bereichen. Es stellt sich hierbei die Frage: Ist der Mensch wirklich das schwache Glied in der Kette? Um diese Frage zu beantworten, muss man zuallerst einmal definieren, was Zuverlässigkeit überhaupt ist. Wie misst man sie?

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Menschliche Zuverlässigkeit vs. „der zuverlässige Mensch“ Zuverlässigkeit im Zuverlässigkeit technischen Sinn: Festgelegte Kriterien innerhalb definierter Grenzen erfüllt psychologisch-methodischem Sinn: Zuverlässigkeit ist Merkmal für die instrumentelle Güte eines Verfahrens Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Im Bereich Mensch-Maschine-Systeme kommen verschiedenste Wissenschaftsdisziplinen zusammen. Genauso vielfältig sind auch die Definitionen von Zuverlässigkeit. (Beispiele aus Giesa & Timpe, 2002)

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Menschliche Zuverlässigkeit vs. „der zuverlässige Mensch“ Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Beschäftigt man sich mit Zuverlässigkeit im menschlichen Handeln, so kann man von zwei Positionen ausgehen: Zuverlässigkeit als individuelle Eigenschaft (der zuverlässige Mensch) oder Zuverlässigkeit als Bewertungsdimension des menschlichen Handelns.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit als Eigenschaft zuverlässiges Verhalten sollte beschreib- bar sein Verfahren zur Messung von „Zuverlässigkeit“? „Unfäller“-Persönlichkeit nach Marbe Menschen, die aufgrund von der Norm abweichender Wesensart wiederholt und häufiger als andere in Unfälle verwickelt sind Von Hacker (1998) widerlegt Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit als Bewertungsdimension Verhalten ist bezüglich vorgegebener Kriterien fehlerfrei Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Zuverlässigkeit in diesem Sinn ist also weitgehend über fehlerfreies Handeln definiert bzw. über Fehler operationalisiert. Fehler werden zur Basiskategorie zur Beurteilung von Handlungszuverlässigkeit. In der Psychologie sind Fehler oft untersuchte Konzepte. Dementsprechend viele Ansätze gibt es auch zur Erklärung und Beschreibung dieser.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Fehlerkonzepte Ursachenbezogen Verrichtungs- bzw. Häufigkeitsbezogen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung In diese beiden „Dachkonzepte“ lassen sich alle Fehlerkonzepte grob einteilen. Mit ursachenbezogenen Konzepten versucht man Fehlhandlungen zu identifizieren, die ihre Ursache in der menschlichen Informationsverarbeitung haben (Über- oder Unterforderung). Außerdem sollen diese Fehler nach Prozessen geordnet werden können. Die häufigkeitsbezogenen Konzepte sind immer aus bestimmten Kontexten heraus entwickelt worden und beschreiben das Erscheinungsbild eines Fehlers. Diese Art von Ansätzen sind spezifisch für bestimmte Bereiche entwickelt worden. Die Abbildung zeigt ein eher allgemeineres Modell nach Hollnagel (aus Giesa & Timpe, 2002)

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Wer ist verantwortlich? The pilot-in-command shall be responsible for the operation and safety of the aero- plane and for the safety of all persons on board during flight time (ICAO, 1944) Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Seit Beginn der 1980er Jahre versuchen viele Flugzeughersteller (allen voran Airbus), möglichst viele Aufgaben vom „Risikofaktor“ Mensch auf den Computer zu übertragen. Dadurch wird der Mensch aber auch immer öfter durch den Computer ersetzt. Saßen zum Beispiel im Cockpit einer Super-Constellation in den 50er Jahren noch fünf bis sechs Mann, so reduzierte sich diese Anzahl auf die heute üblichen 2 Besatzungsmitglieder. Die Aufgaben von Bordingenieur und Navigator wurden vom Computer übernommen bzw. unterstützt der Computer die Piloten bei der Ausführung dieser Tätigkeiten. Im Grunde ist dieser Ansatz nicht so falsch. Bedenklich wird das Ganze nur, wenn der Pilot durch „vorausschauendes“ Programmieren des Systems entmachtet wird. In diesem Fall entfernen sich Mensch und Maschine voneinander und die Mensch-Maschine-Schnittstelle wird zur Trennscheide. ABER: Computer übernehmen immer mehr Aufgaben und der Pilot kann nicht mehr eingreifen

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Dem Menschen wird viel Verantwortung durch den Computer abgenommen In letzter Konsequenz (Unfall) wird diese Verantwortung aber oft „zurückgegeben“ Eine Maschine macht keine Fehler. Und wenn doch, dann nur wegen der unsach- gemäßen Bedienung durch den Operateur. (???) Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Ist man konsequent, so stellt jeder Fehler, egal ob in der Unfallanalyse als technisch oder menschlich bezeichnet, einen menschlichen Fehler dar. Man muss nur lange genug in der Ereigniskette eines Vorfalls zurückgehen, um unweigerlich auf einen Menschen zu stoßen (Fehler, 1992)

Mensch-Maschine-Schnittstellen am Beispiel eines Flugzeugcockpits
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Mensch-Maschine-Schnittstellen am Beispiel eines Flugzeugcockpits Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Definition Mensch-Maschine-Schnittstelle: Schnittstelle zwischen Rechner und Benutzer z.B. Maus, Tastatur, Monitor, Lautsprecher… Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, oder auch Interface genannt, bezeichnet die Schnittstelle zwischen Rechner und Benutzer. Beispiele sind Eingabeinstrumente wie Maus, Tastatur oder ähnliches.

SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Mensch-Maschine-Schnittstelle Schnittstelle Rechner Benutzer Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Informationen werden ausgehend vom Benutzer an das technische System weitergeleitet. Andererseits wird aber auch eine große Menge an Information vom Rechner an den Anwender übermittelt. Organisatorisch-soziales Umfeld

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Arten von Schnittstellen Auditives Interface Visuelles Interface Haptisches Interface Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Aufgenommen werden diese Daten durch die verschiedenen menschlichen Sinnesmodalitäten, in den häufigsten Fällen über das Auge, also auf visuellem Weg. Schnittstellen können allerdings in mehrere verschiedene Komponenten oder Arten zerlegt werden.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Beispiel Visuelles Interface I Verschiedene Fluglagen auf einem künstlichen Horizont Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Ein Beispiel für ein visuelles Interface ist der künstliche Horizont, das wichtigste Instrument im Cockpit. Er zeigt dem Piloten, in welcher Fluglage sich das Flugzeug befindet. Es sollte darauf geachtet werden, von den gesamten Fähigkeiten eines Menschen auszugehen und ihm so die Interaktion mit dem technischen System zu erleichtern. Signale des Rechners sowie auch Eingabesysteme sollten sich nicht nur auf bestimmte Sinnesmodalitäten beschränken.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Beispiel Visuelles Interface II Cockpit eines Airbus A320 Schalttafel für Flugzeugsysteme Back-up Autopilot Triebwerk- daten Mensch-Maschine -Schnittstellen Navigation Display Hauptbildschirm Fahrwerk Automatisierung Schubhebel Steuerknüppel Flugsicherung und Flugführung Funkgerät Höhenruder Seitenruderpedale Transponder Landeklappenhebel Flight Management System Brems- klappe Trieb- werk Park- bremse Seitenruder

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Multimodale Schnittstelle = mehrere Sinnesmodalitäten betreffende Schnittstelle Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Eine multimodale Schnittstelle bezeichnet eine mehrere Sinnesmodalitäten betreffende Schnittstelle. In der Luftfahrt, in der sich die Technik rasend weiterentwickelt, muss auf Multimodalität in der Interaktionsgestaltung zwischen Mensch und Maschine geachtet werden. Folgende Untersuchung soll dies veranschaulichen: Bei der Gestaltung einer Richtwarnanzeige für das Cockpit eines Flugzeuges wurde erstmals eine Kombination von Hinweissignalen unterschiedlicher Modalitäten versucht. Variiert wurden die Bedingungen visuell beziehungsweise auditiv sowie verbal und räumlich. Die Versuchsanordnung bestand zum Beispiel aus einem Ton am linken Ohr sowie dem Wort "LINKS" am linken Bildschirmrand. Es ergaben sich signifikant kürzere Reaktionszeiten bei solch einer multimodalen Darbietung. (Selcon & Taylor, 1995)

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Vorteile multimodaler Schnittstellen: Bessere Integration des Benutzers in den Schnittstellenprozess Verringern von Überforderung auf einer Sinnesmodalität und somit Verhindern von Handlungsfehlern Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Multimodale Schnittstellen integrieren den Benutzer mehr in den Prozess, der zwischen ihm und der Maschine abläuft. Der Mensch wird entlastet und läuft nicht mehr Gefahr, auf einer Sinnesmodalität überfordert zu werden. Dies verhindert wiederum Handlungsfehler. Prozesse, die zwischen der Person und dem Rechner ablaufen, sollten besonders im Hinblick auf eine "Natürlichkeit der Interaktion" untersucht werden. Rechner sowie Arbeitsplatz sollten auf Basis solcher Überlegungen gestaltet werden und gewährleisten somit eine bessere Anpassung des Systems an die natürlichen Leistungsvorraussetzungen des Benutzers.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Definition Anwendung von technischen Mitteln, mit deren Hilfe ohne Einflußnahme des Menschen Arbeitsmittel teilweise oder ganz nach vorgegebenen Programmen bestimmte Operationen durchführen (Brockhaus, 1996 ) Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Der Ursprung des Begriffs Automatisierung liegt im griechischen Wort Automatos, was soviel bedeutet wie sich selbst bewegend, aus eigenem Antrieb. Der Brockhaus verwendet die Begriffe Automatisierung und Automation synonym. Keine einheitliche Definition

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Prozeßsicht nach Hacker „Die Mechanisierung und Automatisierung übertragen bisher vom Menschen ausgeführte Tätigkeiten auf Maschinen.“ (Hacker, 1998, S.117) Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Tendenz aktuelle Systeme als manuell, zukünftige als automatisiert bezeichnen (Bsp.: Daimler, selbstständig navigierende Fahrzeuge). Sichtweise legt Def. Nahe die Automatisierung als Prozeß versteht von einem vorhandenen zu einem neuen System. Häufig werden aber nicht nur Funktionen des Menschen auf Maschinen übertragen, sondern neue Funktionen die weder Mensch noch Maschine ausführte kommen hinzu.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Ziele der Automatisierung Strategische: Bessere/ konstantere Qualität Arbeitskräftemangel zu hohe Lohnkosten Operative Ziele Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Strategisches Hauptziel: langfristige Sicherung Unternehmen. Unterziele (siehe oben) sind Triebkräfte für die Automatisierung

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Operative Ziele Rationalisierung Qualitätsverbesserung Humanisierung der Arbeit Ersatz- und Erweiterungsinvestitionen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung

Automatisierungsstufen
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Automatisierungsstufen Volle Auto- mation Starres S. Geteilte K. Manuelle K. Stufe Mensch 1 Computer 1 0 Mensch/ Computer 7 4 Im- plementierung Auswahl Generieren Über- wachung Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Möglichkeit für Maß der Automatisierung. Aufteilung der Aufgaben in die Bereiche Überwachung bzw. lesen von Anzeigen um den Systemstatus wahrzunehmen, Generieren von Wahlmöglichkeiten zur Zielerreichung, Auswahl einer Alternative oder Strategie, Implementierung. Die oben genannten sind 4 von 10 Automatisierungsstufen nach Endsley (1997). 1...Computer keine Unterstützung/Mensch muß alles machen 4---Computer schlägt eine Alternative vor 7...Computer führt automatisch aus und informiert den Menschen 10.Computer entscheidet alles und handelt autonom, ignoriert den Menschen

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Grenzen der Automatisierung Technische Grenzen Gesellschaftliche Grenzen: rechtliche Grenzen Grenzen der Akzeptanz Soziale Grenzen Ökonomische Grenzen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung = inwieweit Automatisierung möglich ist TECHNISCHE GRENZEN: Durch technische Entwicklung kaum noch Grenzen. Grenzen liegen vielmehr in Identifizierung der zu bewältigenden Aufgaben. Ein Hindernis ist Geschwindigkeit Datenverarbeitung, da Mensch bessere Selektionsmöglichkeiten GESELLSCHAFTLICHE GRENZEN: Rechtliche Grenzen: Rechtliche Anforderungen steigen mit dem Automatisierungsgrad Grenzen in der Akzeptanz: der Betroffenen (und Entscheidungsträge); müssen sich darauf einlassen das Maschinen Arbeit „wegnehmen“ und sich auf die Maschinen verlassen. SOZIALE GRENZEN: Durch fortschreitenden Automatisierung treten Veränderungen in Gesellschaft auf (z.B.: Produkt benötigt weniger Arbeitskräfte). Deshalb sagt Henning ist ein Automatisierungsingenieur nicht nur für die Sicherheit der Anlage sondern auch für die Auswirkungen auf Benutzer verantwortlich. ÖKONOMISCHE GRENZEN: Hier scheitern meisten Automatisierungsprojekte, Automatisierung soll bewirken das der Prozeß effizienter wird. Amortisationszeit = Zeitspanne nach der sich die Investition in eine neue Anlage im Vergleich zur bestehenden Produktion rechnet.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Kognitive Automatisierung Welche Aufgaben in Mensch-Maschine- System durchzuführen sind Ob der darin enthaltene Anteil menschlicher Leistungen mit Hilfe technischer Systemkomponenten heute (oder demnächst) zu realisieren ist. Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Ist daher wichtig zu wissen welche Prozesse menschl. Infoverarbeitung für die Erfüllung dieser Hauptaufgaben zuständig sind. Solche Tätigkeiten sind Gegenstand der Arbeitspsychologie (s. Hacker 1998, oder Ulich 1992)

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Kognitive Prozesse bei Aufgabenerfüllung Situationswahrnehmung Entscheiden Problemlösen Bewertung Antizipation Lernen Automatisierung Flugsicherung und Flugführung Situationswahrnehmung: von System- oder Umgebungszuständen Entscheiden: Auswahl zufriedenstellende Alternative Antizipation: Gedankliche Vorwegnahme zukünftiger Sachverhalte

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann MABA-MABA-LISTEN Vergleich Mensch/Computer Vereinfachte Sichtweise des Problems Abschätzungsmöglichkeit Automatisierung Flugsicherung und Flugführung - Für ausgewählte Anforderungsbereiche Abschätzungsmöglichkeiten inwieweit technische Geräte in der Lage sind, menschliche Leistungen in speziellen Anforderungsbereichen zu erreichen und zu übertreffen. Antwort auf Frage nach derzeitigen Automatisierungsgrenzen der menschlichen Leistungsfähigkeit.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Mensch - Maschine - Interaktion in kooperativen Systemen der Flugsicherung und Flugführung Manfred Fricke Hans - Gerhard Giesa TU Berlin TU Berlin Flugsicherung und Flugführung

Über Sektorengrenzen hinweg (1/9)
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (1/9) Ständig steigendes Verkehrsaufkommen Neue Konzepte zur Flugsicherung sind gefordert Interdisziplinäre Forschergruppe „Mensch - Maschine - Interaktion in kooperativen Systemen der Flugsicherung und Flugführung“ Flugsicherung und Flugführung Das ständig steigende Verkehrsaufkommen erfordert neue Konzepte, um den Luftverkehr unter Kontrolle zu haben. Deshalb wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft eine interdisziplinäre Forschergruppe „Mensch – Maschine – Interaktion in kooperativen Systemen der Flugsicherung und Flugführung“ finanziert, die mehr als fünf Jahre lang an einem innovativen Luftverkehrsmanagementkonzept arbeitete und auch zahlreiche Untersuchungen durchführte.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (2/9) Veränderungen Datalink - Kommunikationsschnittstelle Multi - Sektor - Planer Durch diese neuen Methoden kommt es auch zu Änderungen der Tätigkeitsfelder aller Beteiligten Vermehrter Einsatz technischer Systeme kann auch zu gefährlichen Situationen führen Flugsicherung und Flugführung Dies führte zu einigen Veränderungen, anstelle der konventionellen Sprechfunkkommunikation kommt es zu einer neu entwickelten Datalink - Kommunikationsschnittstelle zwischen Luftfahrzeug und Flugsicherung. Dies hat einen wesentlichen Vorteil für die Fluglotsen. Dem Fluglotsen wurde auch ein Multi – Sektor – Planer zur Verfügung gestellt. Dieser handelt im Vorfeld alternative Flugrouten aus und verhindert somit gefährliche Annäherungen von Flugzeugen. Durch den Einsatz dieser neuer Methoden kommt es zu weitreichenden Änderungen der Tätigkeitsfelder aller Beteiligten. Durch den erhöhten Einsatz technischer Systeme, kann es aber auch zu gefährlichen Situationen kommen. Der Mensch ist nicht mehr in die Prozessabläufe eingebunden, was dazu führen kann, dass die Person in kritischen Situationen (beim Ausfall automatisierter Systeme) nicht mehr angemessen reagieren kann.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (3/9) Beim Ausfall hochautomatisierter Systeme kann es zur Beeinträchtigung des „Situationsbewusstseins“ (Situation Awareness) kommen Situation Awareness stellt eine wesentliche Voraussetzung für hohe Autorität der Menschen in Systemen dar Flugsicherung und Flugführung Bei hochautomatisierten Systemen kann es zu einer Beeinträchtigung des „Situationsbewusstseins“ (Situation Awareness) kommen. Die Situation Awareness stellt auch eine wesentliche Voraussetzung für hohe Autorität der Menschen im System dar.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (4/9) Flugsicherung und Flugführung Abbildung 1: Unterziele für das Ziel „Hohe Autorität des Menschen“

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (5/9) Situation Awareness Begriff aus der Luftfahrt, wird mittlerweile auch in anderen Bereichen eingesetzt (Medizin, Prozesssteuerung) Ist die Wahrnehmung von Elementen der Umwelt innerhalb von Raum und Zeit, das Verständnis ihrer Bedeutung und die Projektion ihres Zustandes in die nahe Zukunft (Endsley, 1995a) Flugsicherung und Flugführung Die Situation Awareness baut auf der Kompetenz der Operateure auf und resultiert aus ihrer aktuellen Interaktion mit Mensch und Umwelt. Dieser Begriff stammt ursprünglich aus der Luftfahrt, wird aber auch schon in anderen Bereichen, wie der Medizin oder Prozesssteuerung verwendet. In der Literatur findet man zahlreiche Definitionen, auf der Definition von Endsley (1995a) bauen mehrere Arbeiten anderer Autoren auf. Situation Awareness ist demnach die Wahrnehmung von Elementen der Umwelt innerhalb von Raum und Zeit, das Verständnis ihrer Bedeutung und die Projektion ihres Zustandes in die nahe Zukunft (Endsley, 1995a). Ein hohes Situationsbewusstsein bedeutet, dass die Person Kenntnis über alle momentanen Systemparameter hat und auch versteht, zukünftige Systemzustände vorauszusehen.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (6/9) Hohe Situation Awareness: Person hat Kenntnis über alle momentanen Systemparameter und versteht, zukünftige Systemzustände vorauszusehen Flugsicherung und Flugführung Ein hohes Situationsbewusstsein bedeutet, dass die Person Kenntnis über alle momentanen Systemparameter hat und auch versteht, zukünftige Systemzustände vorauszusehen.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (7/9) Flugsicherung und Flugführung Abbildung 2: Unterziele „Hohe Situation Awareness“

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (8/9) Niedrige Situation Awareness: Operateure benutzen falsche oder unvollständige Repräsentation der Umwelt als Grundlage ihres Handelns Flugsicherung und Flugführung Eine niedrige Situation Awareness bedeutet umgekehrt, dass die Operateure eine falsche oder unvollständige Repräsentation der Umwelt als Grundlage ihres Handeln benutzen.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Über Sektorengrenzen hinweg (9/9) Flugsicherung und Flugführung Zur Erfassung der Situation Awareness wurden zahlreiche Methoden vorgeschlagen. Pew (2000) unterscheidet zwischen der verdeckten Erfassung von Leistungsdaten, direkt eingreifenden Experimentaltechniken, verbalen Protokollen und subjektiven Urteilen und schlägt eine Taxonomie für die Methoden zur Messung der Situation Awareness. Tabelle 1: Methodische Ansätze zur Erfassung der Situation Awareness

Das Simulationssystem (1/1)
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Das Simulationssystem (1/1) Simulationssystem der TU Berlin bildet sowohl Bord - als auch Bodenseite ab Bordseite: Airbus A 330/340 Full Flight Simulator Bodenseite: Arbeitsplätze des Sektorlotsenteam und der Multi - Sektor - Planer, Verkehrssimulation Flugsicherung und Flugführung Das Simulationssystem, das am Institut für Luft – und Raumfahrttechnik der TU – Berlin aufgebaut wurde, bildet sowohl die Bord – als auch Bodenseite ab. Für die erfolgreiche Simulation der Bordseite verwendete man den Airbus A 330/340 Full Flight Simulator des Zentrums für Flugsimulation. Der Simulator besteht aus einer originalgetreuen Abbildung des Cockpits eines Airbus A 330/ A 340, in dem alle Abläufe während eines Fluges simuliert werden können. Das Simulationssystem für die Bodenseite besteht aus den Arbeitsplätzen für das Sektorlotsenteam und die Multi – Sektor – Planer sowie einer Verkehrssimulation. Diese bildet die Dynamik der Luftfahrzeuge im Luftraum ab. Die Arbeitsplätze verfügen über einen Radarbildschirm, auf dem alle Luftfahrzeuge im einem bestimmten Kontrollbereich mit Kennung, Flughöhe, Geschwindigkeit und Richtungsangabe dargestellt werden. Aus einem zweiten Bildschirm sind die Daten der geplanten Flüge abzulesen.

Gebrauchstaugliche Systeme (1/4)
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Gebrauchstaugliche Systeme (1/4) Flugsicherung und Flugführung Weiters wurden Usability – Studien durchgeführt, in welchen professionelle Piloten und Fluglotsen die Gebrauchstauglichkeit und die Gestaltung der Mensch – Maschine – Schnittstellen testeten und bewerteten. Abbildung 2: Ablauf der Usability – Studien

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Gebrauchstaugliche Systeme (2/4) Bewertung der Verlässlichkeit des MMS Analyse von Befragungsdaten (z.B. zur Situation Awareness) physiologische Messungen (Herzschlag - oder Lidschlagfrequenz) Videoaufzeichnungen (Anforderungs - und Kommunikationsanalyse) Flugsicherung und Flugführung Es erfolgte eine mehrdimensionale Beurteilung, bei der ein breites Spektrum an Erhebungsmethoden eingesetzt wurde. Es wurde die Verlässlichkeit des Mensch – Maschine – Systems für verschiedene Systemvarianten anhand verschiedener Daten beurteilt: * mit Hilfe einer Analyse von Befragungsdaten (z.B. zur Situation Awareness) * physiologischen Messungen (z.B. Herzschlag – oder Lidschlagfrequenz) * Videoaufzeichnungen (Anforderungs – und Kommunikationsanalyse)

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Gebrauchstaugliche Systeme (3/4) „Verlässlichkeit“ (im Englischen dependability) wird als ein qualitativer Begriff verstanden und charakterisiert die anforderungsgerechte Zielerreichung eines Mensch – Maschine – Systems (MMS). Flugsicherung und Flugführung Was versteht man aber unter Verlässlichkeit. Der Begriff „Verlässlichkeit“ (im Englischen dependability) wird als ein qualitativer Begriff verstanden und charakterisiert die anforderungsgerechte Zielerreichung eines Mensch – Maschine – Systems (MMS). Verlässlichkeit wird als Ergebnis der während des Systembetriebs zur Erreichung der systemspezifischen Ziele ablaufenden inneren und äußeren Prozesse gesehen. Verlässlichkeit bezieht sich dabei auf das Zusammenwirken aller beteiligten Teilsysteme und lässt sich nicht durch isolierte Betrachtungen einzelner Subsysteme erfassen.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Gebrauchstaugliche Systeme (4/4) Durch die Aufzeichnungen wurde z.B. entdeckt, dass Datalink keine Verbesserung darstellt, aber auch keine Verschlechterung Sprechfunk wird möglicherweise durch Datalink ersetzt Flugsicherung und Flugführung Durch diese Aufzeichnungen fanden die Forscher und Forscherinnen z. B. heraus, dass Datalink in der vorliegenden Form für die Verlässlichkeit des Mensch – Maschine – Systems „Crew – Cockpit“ keine Verbesserung darstellt, aber zumindest im Streckenflug auch keine gravierende Verschlechterung gegenüber dem Sprechfunk darstellt. Es wurde auch Sprechfunk als nicht optimales Kommunikationsmittel in dieser Untersuchung eingestuft. Das Datalink – System erscheint laut Untersuchung für Phasen mit hoher Arbeitsbelastung (z.B. im Anflug) weniger geeignet. Es könnte aber als ernsthafte Alternative zum Sprechfunk gesehen werden oder diesen zumindest ergänzen.

Modell der Fluglotsenleistung
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Modell der Fluglotsenleistung Abbildung der kognitiven Aktivitäten von Streckenfluglotsen Computerprogramm Kognitive Prozesse Konflikterkennung und Konfliktlösung Index für den kognitiven Arbeitsaufwand bei der Konflikterkennung Flugsicherung und Flugführung MoFI – Modell der Fluglotsenleistung Das Modell der Fluglotsenleistung wird seit Jahren am Institut für Psychologie der TU Berlin zur Abbildung der Dynamik der kognitiven Aktivitäten von Streckenfluglotsen entwickelt. Um die kognitiven Prozesse realitätsnah umzusetzen wurde dieses Modell als Computerprogramm entwickelt. Zahlreiche Fluglotsen-Aktivitäten sind nicht direkt beobachtbar, sie zeigen sich nicht in sichtbaren Handlungen. Es handelt sich um kognitive Prozesse, die zur Konflikterkennung und Konfliktlösung notwendig sind. Das Modell der Fluglotsenleistung wurde weiterentwickelt und auf das neue Luftverkehrsmanagement angewendet. Dadurch konnte ein Index für den kognitiven Arbeitsaufwand bei der Konflikterkennung ermittelt werden.

Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Situation Awareness Situationsbewusstsein Methoden zur Erfassung des Situationsbewusstseins: Befragung von Operateuren nach relevanten Elementen der Aufgabenumgebung Relevanz der Parameter abhängig von der Situation SALSA-Verfahren zur Bestimmung der Situation Awareness Fluglotsen reproduzierten mit der Multi- Sektor-Planung mehr relevante Parameter. Flugsicherung und Flugführung Situation Awareness – Situationsbewusstsein Der Mensch ist nicht mehr in alle Prozessabläufe eingebunden. Hochautomatisierte Systeme, wie sie bei der Flugsicherung verwendet werden, können zu einer Beeinträchtigung des „Situationsbewusstseins“ führen. So kann dies zur Folge haben, dass der Mensch in kritischen Situationen, wie zum Beispiel beim Ausfall automatisierter Systeme, nicht mehr angemessen reagieren kann. Methoden zur Erfassung des Situationsbewusstseins basieren auf der Befragung von Operateuren nach relevanten Elementen der Aufgabenumgebung. „In der Flugsicherung sind dies beispielsweise Position, Flughöhe, Richtung, Geschwindigkeit und Rufzeichen eines Luftfahrzeuges. Je besser die Lotsen diese Parameter reproduzieren können, desto höher stuft man ihre Situation Awareness ein.“[1] Es zeigte sich, dass die Relevanz der Parameter von der jeweiligen Situation abhängt, also nicht immer gleich ist. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde das neue Verfahren SALSA zur Bestimmung der Situation Awareness von Fluglotsen entwickelt. Dieses Verfahren berücksichtigt die Relevanz der reproduzierten Parameter. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde mit Hilfe des SALSA-Verfahrens untersucht, wie sich die Einführung eines Multi-Sektor-Planers auf die Situation Awareness der Sektorlotsen auswirkt. Die Ergebnisse zeigten, dass Fluglotsen mit der Multi-Sektor-Planung mehr relevante Parameter (Position, Flughöhe, Richtung, Geschwindigkeit und Rufzeichen eines Luftfahrzeuges) reproduzieren konnten. Die Verringerung der Konflikte im Sektor, durch den Einsatz des Multi-Sektor-Planers, setzt Aufmerksamkeitsressourcen für relevante Ereignisse frei. [1] Fricke, M., Giesa H.G., Sicherheit im Flugverkehr: Über Sektorgrenzen hinweg,

Zukünftiger Arbeitsplatz des Multi-Sektor-Planers
Mensch-Maschine-Systeme SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Zukünftiger Arbeitsplatz des Multi-Sektor-Planers Ausstattung: computerunterstützte Assistenzsysteme Display bildet Informationen ab über: (1) Planungskonflikte (2) Absichten einzelner Luftfahrzeuge (3) weiträumige Verkehrssituation Multi-Sektor-Planer>Konfliktlösungsvorschläge Konfliktlösungen - Fluglotsenstrategien (a) Zielflughafen (b) vertikale Sektorgrenzen Flugsicherung und Flugführung Zukünftiger Arbeitsplatz des Multi-Sektor-Planers Die Ausstattung des zukünftigen Arbeitsplatzes des Multi-Sektor-Planers besteht aus computerunterstützten Assistenzsystemen. Auf einem neu entwickelten Display werden Informationen über (1) Planungskonflikte, (2) die Absichten einzelner Luftfahrzeuge und (3) die zukünftige weiträumige Verkehrssituation, auch über Sektorgrenzen hinweg, abgebildet. Der Multi-Sektor-Planer generiert Konfliktlösungsvorschläge mit Hilfe eines speziellen Computersystems. Diese Konfliktlösungsvorschläge führen zu reibungslosen Flugverläufen über mehrere Sektoren im Luftraum. Der Multi-Sektor-Planer bietet den Fluglotsen die jeweiligen Konfliktlösungsvorschläge an. Die vorgeschlagenen Konfliktlösungen müssen für die Fluglotsen plausibel und nachvollziehbar sein, sie müssen zu den Strategien der Fluglotsen passen. Empirische Untersuchungen zu Fluglotsenstrategien zeigten, dass Parameter wie (a) Zielflughafen und (b) vertikale Sektorgrenzen wesentlich sind. Informationen über zusätzliche Flugleistungsparameter, über die Fluglotsen bisher noch nicht unmittelbar verfügen, sollen ergänzend übermittelt werden. Beispiel: Die Information, ob ein Luftfahrzeug aufgrund seines aktuellen Gewichts auf eine höhere Flughöhe steigen kann, soll zukünftig mittels Data Link zwischen Bordcomputer und Flugsicherungscomputer automatisch übertragen werden. Dadurch kann der Multi-Sektor-Planer die Informationen über Restflugzeit und Restflugstrecke kombinieren und somit eine wirtschaftliche Lösung errechnen und vorschlagen. „Gegenwärtig wird daran gearbeitet, die Randbedingungen zu systematisieren und mit weiteren Optimierungskriterien abzugleichen.“ [2] [2] Fricke, M., Giesa H.G., Sicherheit im Flugverkehr: Über Sektorgrenzen hinweg,

SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Planung für die Zukunft: Eurocontrol  Interdisziplinäre Forschergruppe  Verschiedenste Aspekte der Mensch-Maschine- Interaktion untersucht  Sehr hohe Simulationsgüte, professionelle Piloten und Fluglotsen  Ergebnisse in die Praxis über tragbar Eurocontrol -European Organisation for Safety of Air Navigations- arbeitet auf Grundlage dieses Rahmenkonzeptes der Multi-Sektor-Planung. „One Sky for Europe“ Flugsicherung und Flugführung Planung für die Zukunft: Eurocontrol Dieses neue prototypische Luftverkehrsmanagement wurde in einer Forschergruppe aus Ingenieurwissenschaftlern und Humanwissenschaftlern entwickelt und simuliert. Verschiedenste Aspekte der Mensch-Maschine-Interaktion konnten nur durch die interdisziplinäre Herangehensweise untersucht werden. Es wurde, bei sehr hoher Simulationsgüte, stets mit professionellen Piloten und Lotsen gearbeitet. Dies spricht dafür, dass die Ergebnisse ohne weiteres in die Praxis übertragen werden können. „Auch Eurocontrol arbeitet auf der Grundlage dieses Rahmenkonzeptes der Multi-Sektor-Planung.“ [3] Eurocontrol, European Organisation for the Saftey of Air Navigations, verfolgt das primäre Ziel “One Sky for Europe”. Die Zukunftsvision von Eurocontrol ist es, mit Unterstützung der Europäischen Union, ein einheitliches System des ATM - Air Traffic Managements für alle 41 europäischen Staaten zu etablieren. [3] Fricke, M., Giesa H.G., Sicherheit im Flugverkehr: Über Sektorgrenzen hinweg,

SE Luftfahrtpsychologie WS 2003/04 Dr. Hoffmann Literatur Geiser, G. (1990). Mensch-Maschine-Kommunikation. München: R. Oldenbourg Verlag GmbH. Hacker, W. (1998). Allgemeine Arbeitspsychologie. Psychische Regulation von Arbeitstätigkeiten (1. Ausgabe). Bern: Verlag Hans Huber. Johannsen, G. (1993). Mensch-Maschine-Systeme. Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag. Timpe, K-P., Jürgensohn, T., Kolrep, H. (Hrsg.) (2002). Mensch-Maschine-Systemtechnik. Konzepte, Modellierung, Gestaltung, Evaluation. (2. Ausgabe). Düsseldorf: Symposion Publishing GmbH. (letzter Zugriff ) (letzter Zugriff ) (letzter Zugriff )

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