Untersuchung von Aufmerksamkeitseffekten für die gezielte Gestaltung von Visualisierungsoberflächen für zeitgemäße Mensch-Maschine-Interaktion

ZusammenfassungIn der modernen Arbeitswelt besteht eine wachsende Bedeutung von Steuer- und Überwachungstätigkeiten, die heute in Leitwarten und in Zukunft möglicherweise mittels neuer Interaktionsformen ausgeführt werden. Bei diesen Tätigkeiten ist verantwortungsvolles Handeln gefordert, da eine Verpflichtung für die Aufrechterhaltung der Prozesse besteht. Die Mensch-Maschine-Interaktion findet häufig mittels einer komplexen Visualisierung sowie einer Vielzahl an Bildschirmen statt. Dies kann bedeuten, dass sich relevante Information außerhalb der direkten visuellen Wahrnehmung eines Bedieners befinden. Es besteht die Herausforderung, die Aufmerksamkeit durch Signale gezielt zu lenken, damit handlungsleitende Informationen wahrnehmbar werden. Ziel der durchgeführten Untersuchung war es deshalb, Mindestanforderungen für die Erkennung von Signalen im peripheren Blickfeld zu untersuchen. Ausgehend von Vorerkenntnissen wurden in einem Laborexperiment Signale in verschiedenen Leuchtdichtekontrasten und Frequenzen in festgelegten Winkeln des peripheren Blickfeldes untersucht. Diese zeigen die Überlegenheit hoher Leuchtdichtekontraste und Frequenzen für die Erkennung, steigende Winkel verringerten diese. Die aus den Daten abgeleiteten Regressionen gestatten die Abschätzung von Erkennungswahrscheinlichkeit und Reaktionszeiten.Praktische Relevanz: Die erreichten Ergebnisse geben Entwickler*innen und Anwender*innen von Technik ein Werkzeug für die gezielte Gestaltung von Signalen in der Mensch-Maschine-Interaktion bei komplexen Visualisierungshintergründen an die Hand. Aus den Erkenntnissen können konkrete Maßnahmen abgeleitet werden, die helfen, Sicherheit und Zuverlässigkeit durch eine verbesserte Gestaltung der Mensch-Maschine-Interaktion zu unterstützen.

Design eines praxisorientierten und wissensbasierten Cyber-Physischen Systems für industrielle Rüstvorgänge

ZusammenfassungIndustrielle Rüstvorgänge sind durch ihren zentralen und zeitkritischen Charakter innerhalb eines Produktionsprozesses elementar. Optimierungsbestrebungen dieser Prozesse erfolgen insbesondere hinsichtlich des Zeitaufwandes und der Ressourcenschonung. In diesem Zusammenhang findet die Unterstützung des Menschen durch digitale Technologien in Form von Cyber-Physischen Systemen (CPS) weniger Beachtung. Der vorliegende Beitrag greift diese Thematik auf und trägt zur Weiterentwicklung von CPS bei. Auf Grundlage einer umfassenden ethnographischen Studie wurden Praktiken von Maschineneinrichtern im Zuge von Rüstvorgängen an Biegemaschinen identifiziert. Die Erkenntnisse dieser Studie münden in ein übergreifendes Wissenstransfermodell, das die Ableitung von Gestaltungs- bzw. Designimplikationen für CPS im Rüstkontext erleichtert und optimiert. Auf Grundlage eines Vergleichs von technischen Möglichkeiten mit den im Modell erfassten praxisrelevanten Anforderungen an den Wissens- und Erfahrungstransfer konnte ein neuer auf Augmented Reality (AR) und Sensortechnologie beruhender methodischer Ansatz zur Erfassung und Weitergabe von propositionalem und prozessualem Wissen, eingebettet in verkörperten Handlungen, realisiert werden.Praktische Relevanz: Die Forschungsarbeiten bringen den Stand der Technik bei der Gestaltung digitaler Technologien bzw. CPS zur Unterstützung von Menschen voran, die mit Umrüstprozessen industrieller Produktionsmaschinen betraut sind. Es konnten für den Austausch von Fachwissen insbesondere hinsichtlich der Kontextualität und Kommunikation unter Berücksichtigung kollaborativer Arbeit und sozialer Rahmenbedingungen Fortschritte erzielt werden, die gleichzeitig neue Forschungsrichtungen zu diesem Thema eröffnen.

Übernahmeaufforderungen beim hochautomatisierten Fahren mit fahrfremden Tätigkeiten – welche Modalitäten sind geeignet?

ZusammenfassungHochautomatisierte Fahrzeuge werden in der Lage sein, die Fahrzeugführung selbständig zu übernehmen, während sich die Fahrer_innen mit fahrfremden Tätigkeiten beschäftigen können. In kritischen Situationen, die das Automatisierungssystem nicht allein bewältigen kann, wird es jedoch weiterhin Übernahmeaufforderungen an den Fahrer/die Fahrerin geben. In diesem Beitrag wird untersucht, welche Modalitäten für Übernahmeaufforderungen entsprechend einer Reiz-Reaktions-Kompatibilität geeignet sind. Dazu wurden drei unterschiedliche Schnittstellen-Varianten entwickelt und mit insgesamt 126 Proband_innen in zwei unabhängigen Fahrsimulator-Studien überprüft. Innerhalb der ersten Studie wurden eine visuelle, eine vibrotaktile oder eine multimodale (Kombination aus visueller, vibrotaktiler und akustischer) Übernahmeaufforderung untersucht. Die zweite Studie konzentrierte sich auf die mentale Beanspruchung und die Rückübernahmefähigkeit bei Ausführung verschiedener fahrfremder Tätigkeiten während hochautomatisierter Fahrt. Diese Studie ergab, dass die Dauer der Kontrollübernahme nach einer multimodalen Rückübernahmeaufforderung mit der mentalen Beanspruchung der fahrfremden Tätigkeiten korreliert.Praktische Relevanz: Die Untersuchung unterschiedlicher Modalitäten für die Informationsübermittlung bei einer Rückübernahmeaufforderung trägt dazu bei, dass in automatisierten Fahrzeugen Modalitäten gewählt werden, die zum einen eine kurze Reaktionszeit der Fahrer_innen unterstützen und zum anderen eine subjektiv positive Bewertung hervorrufen.

Cognitive compatibility in modern manual mixed-model assembly systems

The compatibility concept is widely used in psychology and ergonomics. It describes the fit between elements of a sociotechnical system which is a prerequisite to successfully cooperate towards a common goal. For at least three decades, cognitive compatibility is of increasing importance. It describes the fit of externally presented information, information processing, and the required motor action. However, with increasing system complexity, probability for incompatibility increases, too, leading to time losses, errors and overall degraded performance. The elimination of cognitive incompatibilities through ergonomic measures at the workplace requires a lot of creativity and effort. Using practical examples from mixed-model assembly, improved information management and the use of informational assistance systems are discussed as promising ergonomic approaches. The ultimate goal is to avoid cognitive overload, for example in part picking or assembly tools choosing. To find a fit between externally mediated work instructions via displays and the subjectively used internal models and competencies is a challenging task. Only if this fit is given the system is perceived as beneficial. To achieve this, the assistance system should be configurable to fit individual needs as far as possible. Successful system design requires early participation and comprehensive integration of the assistance systems into the existing IT infrastructure.Practical relevance: Varied manual assembly requires a high degree of cognitive work. A rise in complexity of the assembly task increases the risk that cognitive incompatibility and thus cognitive overload will occur more frequently. It is shown that such unhealthy conditions can be countered by better information presentation and by the use of individually adaptable informational assistance systems.

Psychische Belastung und deren Herausforderungen

ZusammenfassungPsychische Belastung stellt sowohl für die Praxis als auch für die Wissenschaft eine aktuelle Herausforderung dar. Einerseits zeigen Veröffentlichungen, dass der Sprachgebrauch und das Verständnis der Einwirkungen und Auswirkungen des Belastungs-Beanspruchungs-Konzeptes – trotz DIN EN ISO 10075-1 – uneinheitlich sind und dies in der Praxis zu Verunsicherung, in der Wissenschaft zu Missverständnissen führt. Andererseits mangelt es an konkreten Untersuchungen zu dringend notwendigen Grenzwerten psychischer Belastung. Der vorliegende Artikel stellt die Entwicklung eines Prozessmodells zur Untersuchung von Grenzwerten psychischer Belastung (kurz Arbeitsmodell) vor, in welchem die relevanten Elemente definiert sind und diskutiert werden. Zu einer möglichst einheitlichen Erfassung von Belastungsfaktoren und Ressourcen werden mittels qualitativer Forschungsmethoden Kategoriensysteme entwickelt und vorgestellt, um die Daten statistischen Vorhersagemodellen zugänglich zu machen.Praktische Relevanz Die Betriebe sind gemäß Gesetzgebung angewiesen, regelmäßige Risikobeurteilungen der vorhandenen psychischen Belastung der Arbeitsplätze vorzunehmen. Um ein Risiko beurteilen zu können, fehlt jedoch die wissenschaftliche Basis in Form von Grenzwerten. Diese den Betrieben an die Hand zu geben ist ein dringendes und notwendiges Vorhaben.

Vorgehen zur Beschreibung von menschlichem Expertenwissen und kognitiven Prozessen beim Teach-in von Industrierobotern

ZusammenfassungDer Erfahrungsaustausch über gute Praxis ist eine Grundvoraussetzung für das Verständnis zwischen Mensch und Technik, welches dabei hilft, dem Menschen als strategischen Entscheider und Nutzer eine optimale Unterstützung zukommen zu lassen. Um der Frage nachzugehen, was gute Praxis im Bereich der Roboterprogrammierung auszeichnet, haben die Autoren eine qualitative und deskriptive Studie mit einem Vergleich zwischen n = 2 Versuchspersonen durchgeführt. Ein Experte und ein Novize bearbeiteten dieselbe Aufgabe: das Programmieren einer Roboterbahn zum Fräsen eines Werkstückes. Mittels Eye-Tracking Analysen und videounterstützter retrospektiver Think-Aloud Interviews wurden die Vorgehensweisen beider Probanden extrahiert und das Vorgehen anschließend formalisiert beschrieben. Zusätzlich ist ein qualitativer Vergleich zwischen den Endergebnissen gezogen worden, bei dem der Experte erwartungsgemäß besser als der Novize abschnitt. Auf Basis der Think-Aloud Protokolle wurden kognitive Prozesse identifiziert, die in diesem Kontext von besonderem Interesse sein könnten. Weiterhin wurden Augenbewegungscharakteristiken zur näheren Beschreibung einiger der kognitiven Prozesse dargelegt.Praktische Relevanz: Die vorliegende Arbeit zeigt ein methodisches Vorgehen zur formalisierten Beschreibung und Abbildung von menschlichem Expertenwissen beim Teach-in von Industrierobotern. Sie bildet die Basis für verschiedene zukünftige Projekte, z. B. das Erstellen von Richtlinien zum praktischen und effizienten Einlernen von Anfängern oder das Umsetzen von nutzerspezifischer Assistenz im Bereich des Teach-ins von Industrierobotern.

Experimental study of standing and walking at work — What is compatible with physiological characteristics and human needs?

An experimental study with two scenarios S1 and S2 was conducted, in which the standing and walking proportions as well as movement dynamics were varied. Eleven participants have taken part in the study for 2.5 h each (cycle time: 90 s). By means of surface electromyography, the static and dynamic components of muscle strain as well as the muscle fatigue were recorded and compared with the results of water plethysmography and a structured subjective rating survey. The results of the EMG study showed significantly higher dynamic components of the EA at S2 compared to S1, while the static components for the same activities did not show any significant difference, as expected. S1 and S2 always led to an increase in volume of the lower leg. Standing with less walking (S1) resulted in a significantly higher increase than standing with a higher proportion of walking and stronger dynamic movements (S2). In scenario S2, compared to scenario S1, the participants reported weaker subjective complaints which were also reported later in time. The results on muscular fatigue indicated only partially significant differences between S1 and S2. The results make clear that the dynamics of movement are a decisive criterion for assessing standing activities.Practical Relevance: To relieve strain during standing work, “real” walking movement must be integrated into the workflow. It could be shown that only a small step to the side or a few “shuffling” steps are not sufficient. In contrast, it is compatible with human physiological characteristics to make correct steps and dynamically activate the leg muscles.