Forschungsschwerpunkt 8

Funktionsteilung Mensch-Maschine und Arbeitsteilung Entwickler-Operateur: Zwei Perspektiven auf Mensch-Maschine-Systeme

Durch die stetige, sich ausbreitende Automatisierung von Handlungen und Informationsverarbeitungsprozessen in sicherheitskritischen wie alltagsbezogenen Domänen stellt sich ein Problem, das in der ingenieurpsychologischen Forschung als Frage nach der Funktionsallokation beschrieben wird: Welche Aufgaben bzw. Funktionen in komplexen großtechnischen Anlagen (Kernkraftwerken, Flugzeugen, Militärsystemen und Krankenhäusern) sollen in welchem Grad von der Automatik übernommen werden, welche lässt in welchem Grad man dem Menschen (Operateur)? Beziehungsweise: wie und bei welchen Aufgaben können Mensch und Automation in hoch automatischen Systemen bestmöglich miteinander interagieren?

Diese Frage betrifft sowohl den ?Prozess-antizipierenden? Entwickler einer Automatik, als auch den ?Prozess-überwachenden-und-steuernden? Operateur, der mit eben dieser Automatik in Echtzeit interagiert. Beide Personengruppen, Entwickler und Operateure, unterscheiden sich maßgeblich in den an sie gestellten Anforderungen, und ihre jeweilige Leistungsfähigkeit steht im Mittelpunkt des Projekts ATEO (Arbeitsteilung Entwickler Operateur). Mit dem ATEO-Projekt werden somit klassische Ansätze der Funktionsallokation, wie Stärken-Schwächen-Vergleiche zwischen Maschine und Mensch, erweitert: Nicht die Automation wird mit dem Operateur verglichen, sondern der Entwickler hinter dieser Automation, auf dessen Intelligenz, Erfahrung und sorgfältiger Entwicklungsarbeit ihr Funktionieren ja maßgeblich zurückzuführen ist. Somit liegt der Schlüssel zu einer erfolgreichen Prozessüberwachung und -führung von hoch-automatisierten Systemen in der Frage, wie (gut) Entwickler die Kooperation von automatischem System und Operateur unterstützen und unterstützt haben.

Entsprechend werden im Projekt ATEO nicht die Leistung von Person vs. Maschine zu einem Zeitpunkt, sondern die Leistung zweier Personengruppen zu unterschiedlichen Zeitpunkten empirisch verglichen:

  • Die Leistung von Entwicklern/Designern, die zu einem bestimmten Zeitpunkt automatische Systeme bzw. die Interaktion von Operateur mit diesen Automatiken planen und antizipieren
  • Die Leistung von Operateuren/Anwendern, die zu einem späteren Zeitpunkt tatsächlich mit diesem automatischen System in Echtzeit interagieren

In den voran gegangen Projektphasen ATEO 1.0 (2004 bis 2007) und ATEO 2.0 (2007-2010) wurde für Entwickler und Operateure betrachtet, welche internen und externen Ressourcen ihre jeweilige Leistungsfähigkeit ausmachen. Angestrebt wurden Versuche mit einem eigens konzipierten Laborsystem, um die Leistung von Operateuren mit der Leistung von (durch Entwickler konzipierte) Automatiken zu vergleichen.

Darauf aufbauend werden in der dritten, aktuell verfolgten Projektphase ATEO 3.0 (2011 bis 2013) Ansätze kooperativer Automation bzw. dynamischer Funktionsallokation verfolgt, bei denen Automation und Operateur einander die Verantwortung für eine Funktion/Aufgabe flexibel übertragen können. Für die Entwickler besteht hier die Herausforderung nun nicht mehr nur in der Festlegung von Verantwortlichkeiten, sondern in der Definition von Regeln und Kriterien für die gegenseitige Kommunikation und Kooperation von Automation und Operateur. Für den Operateur besteht die Herausforderung im Erlernen und korrekter Anwendung dieser Kommunikationsregeln sowie in Auswirkungen dieser Kooperation mit der Automation auf Workload und Situationsbewusstsein.

Die zwei beschriebenen Perspektiven zur Mensch-Maschine-Funktionsteilung werden anhand von jeweils einer Dissertation verfolgt. Die Perspektive der Entwickler/Designer von Automatikkonzepten für komplexe, dynamische Systeme von Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj, die Perspektive der Operateure/Anwender, welche komplexe automatische Systeme überwachen und steuern von Dipl.-Psych. Charlotte von Bernstorff. Beide Dissertationen enthalten unterschiedliche Schwerpunkte (s. ff.) und werden eigenständig bearbeitet.

Der Forschungsschwerpunkt wird von Prof. Dr. Wandke betreut.

Abgeschlossene Dissertationen:

Derzeit betreuete Stipendiaten/Kollegiaten:

Im FSP 8 betreute studentische Arbeiten finden sie hier.

Entwickler in komplexen Mensch-Maschine-Systemen: Analyse des Einflusses von Entwicklerressourcen auf den Entwicklungsprozess und das -ergebnis

Dipl.-Psych. Saskia Kain

1. Betreuer: Prof. Dr. Harmut Wandke

Das Forschungsvorhaben stellt die beschriebene Erweiterung der klassischen Perspektive zur Mensch-Maschine-Funktionsteilung dar (siehe Beschreibung des FSP 8). Im Fokus stehen die Entwickler von Assistenzsystemen. Aus der Vielzahl an potenziellen Entwicklerressourcen (Erfahrung, Intelligenz, Persönlichkeit, Qualität der Teamarbeit = Kontrollvariablen) sind einige systematisch hinsichtlich ihrer Bedeutung für den Entwicklungsprozess und das -ergebnis experimentell untersucht worden: Drei verschiedene Gruppen mit je zehn 3-köpfigen Entwicklerteams erhielten unterschiedliche Formen von Informationen zum Entwicklungsauftrag. Das globale Ziel ist ein empirischer Vergleich von durch Entwickler konzipierte Assistenzfunktionen und Verhalten des Operateurs, jeweils entstanden unter den optimalen Ausprägungen der in den vorhergehenden Untersuchungen identifizierten Ressourcen.

Ausführliche Informationen {$ext.ml_links.fileSymbol} (18 KB)

 

Vergleich von Entwicklern und Operateueren komplexer dynamischer Prozesse in Mensch Maschine Systemen

Dipl. Inf. Nicolas Niestroj

1. Betreuer: Prof. Dr. Harmut Wandke

Im Mittelpunkt der Dissertation steht die Vergleichsstudie zwischen einem Operateur (siehe Dissertation Dr. Jens Nachtwei), welcher mit optimaler Ausprägung der Ressource "Information" trainiert wurde, und einer von Entwicklern konzipierten Automatik, welche unter 30 Teams bestehend aus erfahrenen Entwicklern aus Industrie und Forschung, als beste identifiziert werden konnte (siehe Dissertation Dipl.-Psych. Saskia Kain). Die Ressource "Information" wurde bei diesen 30 Teams variiert, um die optimale Ausprägung zu finden und sie als geeigneten Kontrahenten gegen den Operateur antreten zu lassen.

Desweiteren soll in einer weiteren Studie die Ressource "Zeit" untersucht werden, indem im Rahmen eines Seminares mit Studenten geprüft wird, wie sich mehr Zeit auf die Güte der entwickelten Konzepte auswirkt. Ebenso kann damit untersucht werden, welchen Einfluss die Berufserfahrung im Vergleich zu den Entwicklern vorheriger Studien auf die Lösungen hat.

 Ausführliche Informationen

 

Zur Leistung und Leistungsdeterminanten von Operateuren in der Interaktion mit Automation: Theorie und Empirie zur kooperativen Automatisierung

Dipl.-Psych. Charlotte von Bernstorff

1. Betreuer: Prof. Dr. Harmut Wandke

Aufbauend auf einem empirischen Vergleich der Leistung von durch Entwickler konzipierte Automatiken vs. von Operateuren in der Prozessüberwachung und -führung eines komplexen, dynamischen, technischen Systems (vgl. Dissertation Dr. Jens Nachtwei) wird nun der Operateur nicht mehr der Automation gegenüber gestellt, sondern in der Zusammenarbeit mit der Automation betrachtet. Formen kooperativer Automation werden theoretisch erarbeitet und soweit technisch möglich, empirisch untersucht. Es interessiert, ob/wie sich die Leistung und Zustände des Operateurs im Vergleich zur Leistung ohne automatische Unterstützung verändert. In dieser Studie werden ein oder mehrere Kooperationsformen zwischen Mensch und Automation (parallel vs. sequenziell) sowie eine Art des Wechsels (Mensch- vs. Automatik-induziert) untersucht. Daneben werden diese und weitere Kooperationsformen im Rahmen eines theoretischen Modells integriert und in Bezug zu bereits bestehenden Konzepten in der Realität gesetzt (z.B. Adaptive Cruise Control, verschiedene Modi der automatischen Flugführung).

Ausführliche Informationen {$ext.ml_links.fileSymbol} (286 KB)

 

 

Betreute studentische Arbeiten

laufende Arbeiten

Erweiterung einer Softwarekomponente für Automatiken zur Systemprozessüberwachung und -führung als Bestanteil einer psychologischen Versuchsumgebung (Diplomarbeit, 2012)
Michael Hasselmann
Dipl.-Psych. Saskia Kain | FSP 8

Konzeption und Realisierung einer optimalen Rückführung in ATEO SAM (Studien- & Diplomarbeit, 2012)
Helmut Weidner-Kim
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj, Dipl.-Psych. Saskia Kain | FSP 8

Optimierungsmöglichkeiten der Performance einer softwarebasierten Versuchsumgebung (Bachelorarbeit)
Simon Dullat
Dipl.-Psych. Saskia KainDr. rer. nat. Jens Nachtwei | FSP 8

 

abgeschlossene Abschlussarbeiten

Klassifizierung, Umsetzung und Testung von Automatiken für regelnde Eingriffe in die Objektsteuerung von SAM (Diplomarbeit, 2013)
Andreas Wickert
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj, Dipl.-Psych. Saskia Kain | FSP 8

Fenster zum Prozess: Weiterentwicklung eines Operateursarbeitsplatzes im Projekt Arbeitsteilung Entwickler Operateur (ATEO) (Diplomarbeit, 2013)
Christian Leonhard
Dr. rer. nat. Jens Nachtwei, Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Entwicklung und Konfiguration von visuellen Anzeigen für die Objektsteuerung im ATEO Projekt (Diplomarbeit, 2012)
Aydan Seid
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj, Dipl.-Psych. Saskia Kain | FSP 8

Fehler und deren Vermeidung bei der Programmierung und Konfiguration von Automatiken im ATEO-Projekt (Studienarbeit, 2012)
Andreas Wickert
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Verhaltensindikatoren von Operateuren zur Evaluation der  Prozessüberwachungs- und -führungsgüte am Beispiel einer simulierten Leitwarte im ATEO Projekt (Diplomarbeit, 2012)
Melanie J.C. Stade
Dr. rer. nat. Jens Nachtwei, Dipl.-Psych. Charlotte Meyer | FSP 8

Weiterentwicklung und Verbesserung einer Analysesoftware für dynamische Versuchsumgebungen (Diplomarbeit, 2012)
Tobias Hampel
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Anwendung des IKD zur Ermittlung des Einflusses von sozialen Prozessen auf den Konzeptionsprozess und das Ergebnis (Diplomarbeit, 2012)
Kathrin Dodt
Dipl.-Psych. Saskia Kain| FSP 8

Dokumentation der Entwicklung von Agenten zur Ersetzung der Mikroweltbewohner in der Socially Augmented Microworld (Studienarbeit, 2012)
Louisa Jahn, Martin Schneider
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj, Dipl.-Psych. Charlotte Meyer | FSP 8

Die Integration von Automatiken in das ATEO-Master Display (AMD) (Diplomarbeit, 2012)
Stefan Schulze
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj, Dipl.-Psych. Charlotte Meyer | FSP 8

Konzeption und Implementation eines Analysetools zur Auswertung von Logfiles einer komplexen, dynamischen Versuchsumgebung (Studienarbeit, 2012)
Tobias Hampel
Dr. rer. nat. Jens Nachtwei, Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Erweitern des Logfiles und der Analyse von Logfiles im ATEO Projekt (Studienarbeit, 2012)
Aydan Seid
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Variabilitätsmanagement im Kontext von software-basierten Experimentalsystemen (Diplomarbeit, 2012)
Alexander Wagner
Dipl.-Inf. Michael Hildebrandt, Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Restrukturierung der Architektur einer weichen Echtzeitanwendung im Kontext von Variabilitätsmanagement (Studienarbeit, 2012)
Alexander Wagner
Dipl.-Inf. Michael Hildebrandt, Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Ein Ereignis-System für das ATEO Automation Framework sowie die Implementierung und Testung von auditiven und visuellen Hinweisen (Diplomarbeit, 2012)
Nikolai Kosjar
Dipl.-Psych. Saskia Kain, Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Integration von Automatiken in das ATEO-Master-Display (AMD) - Machbarkeitsstudie (Studienarbeit, 2012)
Stefan Schulze
Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj, Dipl.-Psych. Charlotte Meyer, | FSP 8

Die Gebrauchstauglichkeit des Automatiken-GUI im Projekt Arbeitsteilung Entwickler Operateur (ATEO) - Analyse und Optimierung (Studienarbeit, 2012)
Nikolai Kosjar
Dipl.-Psych. Saskia Kain, Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Entwicklung künstlicher Agenten für die Socially Augmented Microworld im Projekt ATEO, Teil 1 (Studienarbeit, 2011)
Judith Mütterlein, Sabine Rougk
Dipl.-Psych. Charlotte Meyer, Dipl.-Inf. Nicolas Niestroj | FSP 8

Entwicklung eines GUI für die Konfiguration der Software-Komponente zur Systemprozessüberwachung und -kontrolle in einer psychologischen Versuchsumgebung (Diplomarbeit, 2010)
Esther Fuhrmann
Dipl.-Psych. Saskia Kain | FSP 8

Fenster zum Prozess: Weiterentwicklung eines Operateurarbeitsplatzes im Projekt Arbeitsteilung Entwickler Operateur (ATEO) (Studienarbeit, 2010)
Christian Leonhard
Dr. rer. nat. Jens Nachtwei, Dipl.-Psych. Saskia Kain| FSP 8

Determinanten der Leistung von Entwicklern von Automatiken und Assistenzsystemen zur Überwachung und Führung dynamischer technischer Prozesse (Diplomarbeit, 2010)
Anne Rocholl
Dipl.-Psych. Saskia Kain| FSP 8

Fenster zum Prozess ein Operateursarbeitsplatz zur Überwachung und Kontrolle von kooperativem Tracking (Diplomarbeit, 2009)
Herrmann Schwarz
Dr. rer. nat. Jens Nachtwei, Dipl.-Psych. Saskia Kain| FSP 8

Entwicklung einer Softwarekomponente zur Systemprozessüberwachung und -kontrolle in einer psychologischen Versuchsumgebung (Diplomarbeit, 2009)
Kai Kesselring
Dipl.-Psych. Saskia KainDr. rer. nat. Jens Nachtwei | FSP 8

Vernetzung im ATEO Projekt aus inhaltlicher und technischer Sicht (Diplomarbeit, 2009)
Nicolas Niestroj
Dipl.-Psych. Saskia Kain, Dr. rer. nat. Jens Nachtwei | FSP 8

Rearchitecuring und agile Reimplementation der ATEO-Software (Diplomarbeit, 2009)
Michael Hildebrandt
Dipl.-Psych. Saskia KainDr. rer. nat. Jens Nachtwei | FSP 8

Analyse und Evaluierung der Architektur des ATEO-Systems (Studienarbeit, 2009)
Michael Hildebrandt
Dipl.-Psych. Saskia Kain, Dr. rer. nat. Jens Nachtwei | FSP 8

Erweiterung des ATEO-Systems zur Komplexitätserhöhung von SAM (Studienarbeit, 2008)
Nicolas Niestroj
Dipl.-Psych. Saskia KainDr. rer. nat. Jens Nachtwei | FSP 8

ATEO-begleitende Arbeit zur Projektdurchführung (Studienarbeit, 2007)
Maik Burandt
Dipl.-Psych. Barbara-Ulrike Gross, Prof. Dr. Hartmut Wandke | FSP 8

Entwicklung von Assistenzkonzepten unter verschieden ressourcenreichen Bedingungen {$ext.ml_links.fileSymbol} (1.1 MB)
cand.-psych. Steffi Henkel
Dr. rer. nat. Cordula Krinner, Prof. Dr. Hartmut Wandke | FSP 8

Kommunikationsstrategien beim kooperativen Tracking
cand.-psych. Anna Engelbrecht
Dipl.-Psych. Barbara-Ulrike Gross, Prof. Dr. Hartmut Wandke | FSP 8

Personenmerkmale als Kodeterminanten der Komplexität einer belebten Mikrowelt
cand.-psych. Jens Nachtwei
Dipl.-Psych. Barbara-Ulrike Gross, Prof. Dr. Hartmut Wandke | FSP 8