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lugsicherung und Flugführung 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 Riedere

Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

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Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt. SE Luftfahrtpsychologie WS 03-04, KFU Graz Institut für Psychologie, Dr. P. Hoffmann. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systemein der Luftfahrt

SE Luftfahrtpsychologie WS 03-04, KFU GrazInstitut für Psychologie, Dr. P. Hoffmann

Barbara Fritz, Eva Grabensberger, Barbara Karner, Stefan Kastl, Alex Kohlberger, Eva Monsberger, Eva Riederer, Michaela Schoiswohl, Silvia Stessl

Page 2: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-SystemeEinleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Einleitung

1. Definition eines Mensch-Maschine-Systems

2. Verschiedene Tätigkeitsbereiche des

Menschen

3. Analyse, Gestaltung und Bewertung

SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann

Flugsicherung und Flugführung

Page 3: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Definition eines Mensch-Maschine-Systems • Ein oder mehrere Menschen wirken mit einem

technischen System zusammen.

• „Maschine“ : technische Systeme aller Art

• Ziel: bestimmte Arbeitsergebnisse durch das Gesamtsystem Mensch-Maschine bestmöglichzu erreichen.

Mensch-Maschine-SystemeSE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Flugsicherung und Flugführung

Page 4: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Definition eines Mensch-Maschine-Systems

• Primäre Zielsetzung: die bestmögliche Erfüllung vorgegebener Ziele

• Übergeordnete Ziele: » Wirtschaftlichkeit» Sicherheit» Umweltverträglichkeit» Beherrschbarkeit» Arbeitszufriedenheit» Sozialverträglichkeit

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Flugsicherung und Flugführung

Page 5: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen

Mensch-Maschine-SystemeSE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann

Flugsicherung und Flugführung

Page 6: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen

Der Bediener:

• Operatives Betriebswissen• Praktisches Handlungswissen• hat den Auftrag, das technische System zu

leiten und zu führen• befindet sich einer permanenten Mensch-

Maschine-Interaktion

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Flugsicherung und Flugführung

Page 7: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen

Der Benutzer:

• nutzt passiv die Leistung eines MMS

• Die Benutzung kann jederzeit unterbrochen oder beendet werden.

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Flugsicherung und Flugführung

Page 8: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen

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Flugsicherung und Flugführung

Page 9: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Analyse, Gestaltung undBewertung

MMS kann auf drei unterschiedlichenUntersuchungsebenen betrachtet werden:

• Analyse: aufbauend auf - Modellen und

- experimentellen Untersuchungen

• Bewertung: bezieht sich auf - die in der Praxis geleisteten Arbeitstätigkeiten und

- das gesamte Arbeitsumfeld

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Flugsicherung und Flugführung

Page 10: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Analyse, Gestaltung und Bewertung

• Gestaltung: beschäftigt sich mit den notwendigen Systemkomponenten.

Für alle drei Ebenen von großer Bedeutung:Vier Klassen von Einflussvariablen

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Einleitung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

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Flugsicherung und Flugführung

Page 12: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Informationsverarbeitung

•Schema der menschlichen Informationsübertragung

•Sinnes- und Wahrnehmungssysteme

•Sensomotorische und kognitive Prozesse

•Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL)

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Schema der menschlichen Informationsübertragung

•Informationsaufnahme (Sensorik)

•Zentrale Informationsverarbeitung und Entscheidung

•Informationsweiterleitung (Bedienhandlung: Motorik, Sprache)

•Informationsspeicherung (Gedächtnis)

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Schema der menschlichen Informationsübertragung

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

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

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Flugsicherung und Flugführung

Page 16: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Sinnes- und Wahrnehmungssysteme

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Sensomotorische und kognitive Prozesse

•Sensomotorische Prozesse-unmittelbares Antworten auf Reize

•Kognitive Prozesse-bewußt geführte psychische Prozesse

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL)

•Computermodell - Simulation der kognitiven Leistungen

•Module:•Datenselektion•Antizipation•Konfliktresolution•Update•Exekutive Kontrolle

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL)

•Informationsverarbeitungszyklen:•Monitoring•Antizipation•Konfliktresolution

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Tätigkeiten als Informations-verarbeitungsprozesse

Anliegen der Mensch-MaschineSystemforschung:

bedienerorientierte Gestaltung

Arbeitstätigkeiten des Menschen im M-M-S: Kontrolltätigkeiten Problemlösungstätigkeiten Entscheidungstätigkeiten

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Konkrete Tätigkeiten im M-M-S

Identifizieren der Aufgabenanforderung

Identifizieren einer Menge von Hypothesen oder alternativer Handlungsverläufe

Identifizieren der wahrscheinlichen Auswirkungen

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Konkrete Tätigkeiten im M-M-S

Interpretation dieser Auswirkungen hinsichtlich Ziele und Vorgaben der Aufgabe

Auswahl einer Alternative für die Ausführung

Überwachen der Leistung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Arbeitstätigkeiten

Kontrolltätigkeiten

Mikro-Entscheidungen und Unteraufgaben:Greifen, Schalten manuelle Regelungen, Überwachung

Problemlösungstätigkeiten

Makro-Entscheidungen:Zielsetzung, Hypothesenbildung, Planung, Fehlermanagement

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Informations-verarbeitungsprozessedes MenschenInformations-Verarbeitungsphasen:

Kategorienbildung Planung Handlung

Verhaltensebenen:

Zustandorientierte Ebene

Kontextorientierte Ebene

Strukturorientierte Ebene

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Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Informations-verarbeitungsprozessedes Menschen

Zusammenhang zwischen Verhaltensebenenund deren InformationsverarbeitungsphasenFür menschliche und automatische Kontrolleund Planung:

  

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Regulationsebenen menschlichen Verhaltens

Kognitive Verhaltens- oder Fertigkeitsebenen Handlungsmodell von Rasmussen (1983, 1986)

Sensomotorische Fertigkeiten

Regelbasiertes Verhalten

Wissensbasiertes Verhalten

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Kognitive Verhaltens- oder FertigkeitsebenenHandlungsmodell von Hacker (1973, 1986)

a) Kognitive Handlungsvorbereitung• Sensomotorische• perzeptiv-begriffliche• intellektuelle Regulationsebene

b) Handlungsrealisierung• Bewegungsentwurf• Handlungsschema• Plan

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Sensomotorische Fertigkeiten

Erlernte, automatisierte Verhaltensweisen

Nicht-bewusstseinspflichtige Abbilder oder Bewegungsentwürfe

Keine willentliche Aufmerksamkeit oder Steuerung gefordert

Kontrolltätigkeiten in normalen Betriebssituationen

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Flugsicherung und Flugführung

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Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

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Flugsicherung und Flugführung

Informationsverarbeitunsprozesse

Verhaltensebene

Informations-Verarbeitung

ZustandorientierteEbene

KontextorientierteEbene

Strukturorientierte Ebene

Kategorienbildung

Signal-EntdeckungZustandschätzung

Mustererkennung und –vergleich.

Analyse sequentieller Beobachtungen

Situations- und System-Identifikation

Planung

Feste BeziehungSkriptenauswahl

(„Drehbuch“)Planerzeugung und -

anpassung

Handlung

Automatische KontrolleSymptomatische Regelanwendung

Topographische Regelanwendung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Regelbasiertes Verhalten

Vertraute Situationen

Vorhandene, gespeicherte Handlungsregeln

Perzeptiv-begriffliche Vorgänge

Stereotype Verhaltensweisen in vielen M-M-S

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Flugsicherung und Flugführung

Page 31: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Wissensbasiertes Verhalten

Unbekannte Situationen

Keine Regeln und Handlungsschemata vorhanden

Mentale Modelle und Wissen über das System werden herangezogen

Planungsaktivitäten, modifizierte Alternativen, Strategien

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Informations-verarbeitung

Kritische Situationen - Unfall Überlastung des Menschen mit

Informationen

Zeitdruck

Angemessenes regel- oder wissens-basiertes Verhalten wird verlangt

Menschliches Verhalten wird stärker stereotyp

Fällt auf niedrigere kognitive Ebene zurück

Simulatorübungen und Trainings

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Normale, außergewöhnliche und Notfallsituationen

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Flugsicherung und Flugführung

Page 34: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Normale Situationen

• Gesamtes techn. System läuft fehlerfrei• Bedienender Mensch begeht keine

Fehlhandlungen• Verfügbarkeit soll möglichst hoch sein• Maßnahmen zur Verbesserung der

menschl. Zuverlässigkeit

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Notfallsituationen:

Technische und menschliche Fehler treten innerhalb eines MMS auf

Außergewöhnliche Situationen:

Fehler entstehen außerhalb des MMS und wirken in dieses hinein

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Zuverlässigkeitssteigerung in außergewöhnlichen Situationen

• Entweder: Erweiterung der Systemgrenze des interessierenden MMS

• Oder: Betrachtung eines gewissen Umgebungsbereiches als ein eigenesMMS (Verbindung zwischen den MMS über Schnittstellen)

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Flugsicherung und Flugführung

Page 37: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Fehlerereignisse

• 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

Mensch-Maschine-SystemeSE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann

Flugsicherung und Flugführung

Page 38: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Besonders kritische Fehlerereignisse

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Flugsicherung und Flugführung

Page 39: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Analyse menschlicher Fehler

• Für 60-80 % der Unfälle oder Beinahe-Unfälle in der Zivilluftfahrt sind menschliche Fehler hauptverantwortlich.

• Höherer Automatisierungsgrad: Keine Verbesserung

Mensch-Maschine-SystemeSE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann

Flugsicherung und Flugführung

Page 40: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Normale, außergewöhnliche

und Notfall-situationen

Zuverlässigkeit

Klassifikation menschlicher Fehler

• Hacker: Fehlhandlungen und Handlungs-fehler (Arbeitspsychologische Klassifikation)

• Reason: Unterscheidung der menschl. Fehler in

-Slips (Ausführungsfehler) -Lapses (Gedächtnisfehler) -Mistakes (Denkfehler) (Kognitionspsycholog. Klassifik.)

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Flugsicherung und Flugführung

Page 41: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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Zuverlässigkeit in Mensch-Maschine-Systemen

Flugsicherung und Flugführung

Page 42: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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Der Mensch als „Unfallursache“

Flugsicherung und Flugführung

Page 43: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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Menschliche Zuverlässigkeit vs.„der zuverlässige Mensch“

Zuverlässigkeit im

• technischen Sinn: Festgelegte Kriterien innerhalb definierter Grenzen erfüllt

• psychologisch-methodischem Sinn: Zuverlässigkeit ist Merkmal für die instrumentelle Güte eines Verfahrens

Flugsicherung und Flugführung

Page 44: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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Menschliche Zuverlässigkeit vs.„der zuverlässige Mensch“

Flugsicherung und Flugführung

Page 45: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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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

Flugsicherung und Flugführung

Page 46: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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Zuverlässigkeit alsBewertungsdimension

Verhalten ist bezüglich vorgegebener Kriterien fehlerfrei

Flugsicherung und Flugführung

Page 47: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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Fehlerkonzepte

• Ursachenbezogen

• Verrichtungs- bzw. Häufigkeitsbezogen

Flugsicherung und Flugführung

Page 48: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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Wer ist verantwortlich?

The pilot-in-command shall be responsiblefor the operation and safety of the aero-plane and for the safety of all persons onboard during flight time.

(ICAO, 1944)

ABER: Computer übernehmen immer mehrAufgaben und der Pilot kann nicht mehreingreifen

Flugsicherung und Flugführung

Page 49: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Systeme

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Zuverlässigkeit

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Dem Menschen wird viel Verantwortungdurch den Computer abgenommen

In letzter Konsequenz (Unfall) wird dieseVerantwortung aber oft „zurückgegeben“

Eine Maschine macht keine Fehler. Und wenn doch, dann nur wegen der unsach-gemäßen Bedienung durch den Operateur.(???)

Flugsicherung und Flugführung

Page 50: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Mensch-Maschine-Schnittstellen am

Beispiel eines Flugzeugcockpits

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Flugsicherung und Flugführung

Page 51: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Definition Mensch-Maschine-Schnittstelle:

• Schnittstelle zwischen Rechner und Benutzer

• z.B. Maus, Tastatur, Monitor, Lautsprecher…

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Flugsicherung und Flugführung

Page 52: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Mensch-Maschine-Schnittstelle

SchnittstelleBenutzer Rechner

Organisatorisch-soziales Umfeld

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Flugsicherung und Flugführung

Page 53: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Arten von Schnittstellen

• Auditives Interface• Visuelles Interface• Haptisches Interface

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Flugsicherung und Flugführung

Page 54: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Beispiel Visuelles Interface I

• Verschiedene Fluglagen auf einem künstlichen Horizont

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Flugsicherung und Flugführung

Page 55: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine-Schnittstellen

Automatisierung

Beispiel Visuelles Interface II•Cockpit eines Airbus A320

Back-upSchalttafel für

Flugzeugsysteme Autopilot

Triebwerk-datenNavigation Display

Hauptbildschirm

Steuerknüppel

Seitenruderpedale

Flight Management System Brems-

klappeTrieb-werk

Park-bremse

Fahrwerk

Schubhebel

Funkgerät

Höhenruder

Transponder

Landeklappenhebel

Seitenruder

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Flugsicherung und Flugführung

Page 56: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Multimodale Schnittstelle =

mehrere Sinnesmodalitäten betreffendeSchnittstelle

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Flugsicherung und Flugführung

Page 57: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Mensch-Maschine

-Schnittstellen

Automatisierung

Vorteile multimodaler Schnittstellen:

• Bessere Integration des Benutzers in den Schnittstellenprozess

• Verringern von Überforderung auf einer Sinnesmodalität und somit Verhindern von Handlungsfehlern

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Flugsicherung und Flugführung

Page 58: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Automatisierung

Definition

• Anwendung von technischen Mitteln, mit deren Hilfe ohne Einflußnahme des Menschen Arbeitsmittel teilweise oder ganz nach vorgegebenen Programmen bestimmte Operationen durchführen (Brockhaus, 1996 )

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Flugsicherung und Flugführung

Page 59: Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

Flugsicherung und Flugführung

Automatisierung

Prozeßsicht nach Hacker

• „Die Mechanisierung und Automatisierung übertragen bisher vom Menschen ausgeführte Tätigkeiten auf Maschinen.“ (Hacker, 1998, S.117)

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Automatisierung

Ziele der Automatisierung

• Strategische: Bessere/ konstantere Qualität

Arbeitskräftemangel zu hohe Lohnkosten• Operative Ziele

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Automatisierung

Operative Ziele

• Rationalisierung• Qualitätsverbesserung• Humanisierung der Arbeit• Ersatz- und Erweiterungsinvestitionen

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Automatisierung

Automatisierungsstufen

Volle Auto-mation

Starres S.

Geteilte K.

Manuelle K.

Stufe

MenschMenschMenschMensch1

ComputerComputerComputerComputer

10

ComputerMenschComputer

Mensch/Computer

7

Mensch/Computer

MenschMensch/Computer

Mensch/Computer

4

Im-plementierung

AuswahlGenerierenÜber-wachung

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Flugsicherung und Flugführung

Automatisierung

Grenzen der Automatisierung

• Technische Grenzen• Gesellschaftliche Grenzen: rechtliche Grenzen Grenzen der Akzeptanz Soziale Grenzen• Ökonomische Grenzen

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Flugsicherung und Flugführung

Automatisierung

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.

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Automatisierung

Kognitive Prozesse bei Aufgabenerfüllung

• Situationswahrnehmung• Entscheiden• Problemlösen• Bewertung • Antizipation • Lernen

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Automatisierung

MABA-MABA-LISTEN

• Vergleich Mensch/Computer• Vereinfachte Sichtweise des Problems• Abschätzungsmöglichkeit

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

Mensch - Maschine - Interaktion in kooperativen Systemen der Flugsicherung und Flugführung

Manfred Fricke Hans - Gerhard Giesa

TU Berlin TU Berlin

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

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“

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

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

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Flugsicherung und Flugführung

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Flugsicherung und Flugführung

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

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Flugsicherung und Flugführung

Über Sektorengrenzen hinweg (4/9)

H oh e S itu a tionA waren ess

A d ä q u ateB ean sp ru ch u n g

H oh eG eb rau ch s tau g lich ke it

H oh eK om p eten z -fö rd erlich ke it

H oh e A u to ritä t

Abbildung 1: Unterziele für das Ziel „Hohe Autorität des Menschen“

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Flugsicherung und Flugführung

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)

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Über Sektorengrenzen hinweg (6/9)

• Hohe Situation Awareness:Person hat Kenntnis über alle momentanen Systemparameter und versteht, zukünftige Systemzustände vorauszusehen

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Flugsicherung und Flugführung

Über Sektorengrenzen hinweg (7/9)

W ah rn eh m u n g a lle rre levan ten E lem en te

V ers tä n d n is d erak tu e llen S itu a tion

A n tiz ip a tionzu kü n ft ig e r S itu a tion en

H oh eS itu a tion A w aren ess

Abbildung 2: Unterziele „Hohe Situation Awareness“

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Flugsicherung und Flugführung

Über Sektorengrenzen hinweg (8/9)

• Niedrige Situation Awareness:Operateure benutzen falsche oder unvollständige Repräsentation der Umwelt als Grundlage ihres Handelns

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Über Sektorengrenzen hinweg (9/9)

Verdeckte Erfassung

von Leistungsdaten

Direkt eingreifende

Experimentaltechniken

Verbale

Protokolle

Subjektive Urteile

Beobachtung der

Reaktionen auf

Manipulation in den

Untersuchungsszenarien

Befragungsmethode Physiologische

Methoden Verdeckte Informationen

Lautes

Denken

Selbsteinschätzungen

Beobachterbeurteilungen

Tabelle 1: Methodische Ansätze zur Erfassung der

Situation Awareness

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Flugsicherung und Flugführung

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

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Flugsicherung und Flugführung

Gebrauchstaugliche Systeme (1/4)

System verbesserungen

Interv iew & D iskussion

Fragebogen

S im ulatorflug

Abbildung 2: Ablauf der Usability – Studien

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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)

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Flugsicherung und Flugführung

Gebrauchstaugliche Systeme (3/4)

„Verlässlichkeit“ (im Englischen dependability)

wird als ein qualitativer Begriff verstanden und charakterisiert die anforderungsgerechte Zielerreichung eines Mensch – Maschine – Systems (MMS).

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Flugsicherung und Flugführung

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

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Flugsicherung und Flugführung

Modell der Fluglotsenleistung

• Abbildung der kognitiven Aktivitäten von Streckenfluglotsen

• Computerprogramm

• Kognitive Prozesse

Konflikterkennung und Konfliktlösung

• Index für den kognitiven Arbeitsaufwand bei der Konflikterkennung

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Flugsicherung und Flugführung

Situation Awareness• Situationsbewusstsein

• Methoden zur Erfassung des Situationsbewusstseins:

Befragung von Operateuren nach relevanten Elementen der Aufgabenumgebung

• Relevanz der Parameter abhängig von der Situation

• SALSA-Verfahrenzur Bestimmung der Situation Awareness

• Fluglotsen reproduzierten mit der Multi-Sektor-Planung mehr relevante Parameter.

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Flugsicherung und Flugführung

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

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Flugsicherung und Flugführung

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“

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Flugsicherung und Flugführung

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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.

http://www.archlab.tuwien.ac.at/w252/uni21/reder/www/biological.html. (letzter Zugriff 26.12.2003)http://we1d01.physik.uni-wuerzburg.de/optik/vl08wo.pdf. (letzter Zugriff 26.12.2003)http://www.luftfahrt-presse-club.de/luftfahrt/storyboard/pilotincommand.html. (letzter Zugriff 05.01.2004)

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Danke für die Aufmerksamkeit!