EmLE: Entwicklung von massentauglichen AC- und DC-Ladestationen für Elektromobile

Nach Plänen der Bundesregierung werden im Jahr 2020 mehr als eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen unterwegs sein. Dazu ist der Aufbau einer entsprechenden Infrastruktur von Lade­stationen eine wesentliche Voraussetzung. Denn Elektrofahrzeuge werden ihren Strom von speziellen Elektroladestationen beziehen, die sich zum Beispiel auf Parkplätzen, in Parkhäusern und an privaten Stellplätzen befinden können. Doch gerade für diese Ladestationen gibt es noch keine massentauglichen Lösungen. Die bisher im Rahmen von Modellprojekten, Messen oder im Internet vorgestellten Anlagen sind meist erste Gehversuche von Unternehmen, deren Kerngeschäft nicht der Bau derartiger Stationen ist. Sie ähneln deshalb oft Schaltschränken oder sind Designstücke, häufig mit eingeschränkter Benutzbarkeit.

In diesem Projekt sollen Ladestationen in einem benutzerorientierten Gestaltungsprozess entwickelt werden, um nicht nur technische Funktionalität und die Einhaltung der Sicherheitsstandards, sondern insbesondere ein Höchstmaß an Gebrauchstauglichkeit zu gewährleisten. Dazu werden vom Fachgebiet Mensch-Maschine-Systemtechnik zunächst benutzer- und aufgabenorientierte Anforderungsanalysen durchgeführt und Nutzungsszenarien definiert. Lösungskonzepte sollen nach anthropometrischen, wahrnehmungs- und kognitionsergonomischen Aspekten gestaltet werden und die Mensch-Maschine-Interaktion mit Assistenz­funktionen unterstützt werden. Die Lösungen werden mit den Projektpartnern abgestimmt und in Form von Prototypen realisiert, so dass die Benutzerbeteiligung anhand von Modellen ein frühzeitiges Feedback im Entwicklungsprozess erlaubt. In Feld- und Laborstudien sollen dann Nutzen, Akzeptanz und Gebrauchs­tauglichkeit nachgewiesen und so wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse für gebrauchs­taugliche Lade­stationen gewonnen werden. Erste Projektergebnisse wollen die Projektpartner auf der Hannover Messe 2012 präsentieren. Der Beginn der Serienfertigung ist bereits für 2013 geplant.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Dipl.-Ing. Michael Domhardt

Kooperationspartner

Fachgebiet Leichtbau-Konstruktion der Universität Kassel
Plug‘n Charge GmbH, Bad Emstal
SEM-Schnellladung Elektro Mobilität GmbH & Co. KG, Bad Emstal
Institut für Industrie-Design der Hochschule Darmstadt, Darmstadt
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH, Kassel

Förderung und Laufzeit

LOEWE - Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Land Hessen, 4 / 2011 - 5 / 2012

VENUS: Gestaltung technisch-sozialer Vernetzung in situativen ubiquitären Systemen

Das Projekt VENUS wird im Rahmen der 2. Förderstaffel der hessischen Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) von 2010-2012 gefördert.

Viele Bereiche des privaten und persönlichen Lebens sind bereits von IT-Anwendungen durchdrungen. Das Internet ist für viele Menschen zu einem Bestandteil des täglichen Lebens geworden und dazu bieten immer mehr Handys ihren Nutzern High-Speed-Internetzugang. Dazu haben Soziale Netzwerke die Beziehungen zwischen Menschen beeinflusst und werden auch weiterhin das Zusammenleben mit neuen Formen der Kommunikation, Koordination und Interaktion bereichern. Dabei schreitet die Computerisierung und Vernetzung des Alltagslebens kontinuierlich und zügig voran.

Der Visionär Mark Weiser schrieb bereits 1991: Ubiquitous Computing Technologien „weave themselves into the fabric of everyday life until they are indistinguishable from it“. Im Ubiquitous Computing wird die Bereitstellung und die Verarbeitung von Informationen ein Teil der umgebenden Infrastruktur. Informationen und Dienste sind universell verfügbar, wobei die Technologie in den Hintergrund rückt. Sie bietet dabei kundenspezifische Dienste an, die an die Bedürfnisse der Nutzer angepasst sind.

Aus technischer Sicht führt Ubiquitous Computing (UC) zu kontextsensitiven Anwendungen, die sich während der Laufzeit an die aktuelle Umgebung anpassen können und so die Nutzer mit auf die Situation zugeschnittenen Diensten versorgt. Infolgedessen gehen Ubiquitous Computing und Selbstadaptivität Hand in Hand. Dies impliziert eine Vielzahl von technischen und nicht-technischen Konsequenzen. Die universelle Verfügbarkeit von Diensten und die dazugehörige Selbstanpassung von Anwendungen schaffen neue Herausforderungen, die eindeutig nicht nur technischer Natur sind.

Das Ziel von VENUS ist es, den Gestaltungsprozess von zukünftigen vernetzten ubiquitären Systemen, welche sich durch kontextsensitives und selbstadaptives Verhalten auszeichnen, zu erforschen. Das Projekt will die Grundlagen solcher Systeme erforschen und will insbesondere eine Gestaltungsmethodik erstellen, die die Entwicklung von sozialverträglichen Ubiquitous Computing Anwendungen unterstützt, d.h. Anwendungen, die nicht nur die funktionalen Anforderungen erfüllen, sondern auch die gegebenen Benutzeranforderungen bezüglich der Benutzerfreundlichkeit, des Vertrauens und der gesetzlichen Bestimmungen einhalten. Folglich konzentriert sich VENUS auf die Interaktionen zwischen der neuen Technologie, dem individuellen Nutzer und der Gesellschaft. Das langfristige Ziel von VENUS ist die Schaffung einer umfangreichen interdisziplinären Entwicklungsmethodik für die Gestaltung von Ubiquitous Computing Systemen.

VENUS befasst sich mit den Grundlagen, der Gestaltungsmethode und den Auswertungen von kontextsensitiven, selbstadaptiven Ubiquitous Computing Anwendungen, die technische sowie nicht-technische Anforderungen erfüllen. Das Arbeitsprogramm ist in die Arbeitsgruppen Grundlagen, Methoden und Labor, eingeteilt.
Im Arbeitsbereich Gestaltungsaspekte werden wir auf dem aktuellen Stand der Technik der beteiligten Forschungsgebiete aufbauen und diesen im Hinblick auf die besonderen Anforderungen der situativen Ubiquitous Computing Anwendungen erweitern.
Im Arbeitsbereich Methodik werden wir eine allgemeine, interdisziplinäre Gestaltungsmethodik entwickeln, die alle Phasen des Softwarelebenszyklus abdeckt. Die einzigartige, unverwechselbare Besonderheit dieser Methodik wird die Integration von nicht-technischen Merkmalen in den Entwicklungsprozess sein.
In Arbeitsbereich Labor werden wir die Gestaltungsmethodik erproben und Demonstratoren von innovativen, kontextbewussten, selbstadaptiven Ubiquitous Computing Anwendungen erstellen und testen.

Das Fehlen einer systematischen Entwicklungsmethodik, die neben den technischen Anforderungen auch die gesellschaftliche Akzeptanz berücksichtigt, ist eine große Herausforderung für die Entwicklung von neuen Technologien wie zum Beispiel Ubiquitous Computing Systeme. VENUS will eine umfangreiche Lösung in Form einer interdisziplinären und integrativen Methodik für die Entwicklung von Ubiquitous Computing Systemen bereitstellen. Diese Methodik wird die Entwicklung der neuen Ubiquitous Computing Anwendungen kräftigen, die die technischen und nicht-technischen Benutzererwartungen erfüllen.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Dipl.-Biol. Kay Behrenbruch
Sebastian Hoberg, M. Sc.
Romy Kniewel, M. F. A.

Kooperationspartner

Fachgebiet Kommunikationstechnik der Universität Kassel
Fachgebiet Öffentliches Recht der Universität Kassel
Fachgebiet Verteilte Systeme der Universität Kassel
Fachgebiet Wirtschaftsinformatik der Universität Kassel
Fachgebiet Wissensverarbeitung der Universität Kassel

Förderung und Laufzeit

LOEWE - Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Land Hessen, 1 / 2010 - 12 / 2013

Weitere Informationen zum Projekt

www.uni-kassel.de/eecs/iteg/venus

RoboGas^Inspector: Simulationsgestützter Entwurf und Evaluation eines Mensch-Maschine-Systems mit autonomen mobilen Inspektionsrobotern zur Gasleck-Ferndetektion und -ortung in technischen Anlagen

Um Schäden an Menschen, Umwelt und Investitionsgütern zu verhindern, müssen aus Anlagen und Infrastruktur­einrichtungen möglicherweise austretende gesundheitsgefährdende oder explosionsfähige Gemische bildende Gase schnell und sicher detektiert und geortet werden.

Ziel des Projektes RoboGasInspector ist es, ein innovatives Mensch-Maschine-System mit kooperierenden, mit Gasfernmesstechnik und lokaler Intelligenz ausgestatteten Inspektionsrobotern zu entwickeln und zu evaluieren, in dem die Detektion und Ortung von Gaslecks weitgehend autonom von mobilen Robotern bewältigt werden kann. Die Weiterentwicklung der Sensortechnik eröffnet hier mit IR-optischen Fern­mess­verfahren neue Potentiale.

Nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen, sondern auch vor dem Hintergrund einer Entlastung des Menschen von repetitiven Routineaufgaben bei gleichzeitig besserer Abdeckung des meist weitläufigen Inspektions­gebietes ist die Entwicklung neuartiger Inspektionstechnologien und die Konzentration der Flexibilität und Leistungsfähigkeit menschlicher Operateure auf die leitende Kontrolle des technischen Systems erstrebenswert.

Unter Leitung der Fachgebiete Mensch-Maschine-Systemtechnik sowie Mess- und Regelungstechnik der Universität Kassel arbeiten in diesem Verbundprojekt als Forschungspartner die Bundesanstalt für Material­forschung und -prüfung und das Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie sowie als industrielle Entwicklungspartner die telerob Gesellschaft für Fernhantierungstechnik und die auf Fernmesstechnik spezialisierten Firmen Adlares GmbH und Hermann Sewerin GmbH zusammen. Als Anwendungs­partner sind mit der PCK Raffinerie GmbH und Wingas GmbH Betreiber großer petro­chemischer Anlagen und Versorgungsnetzwerke beteiligt.

Die vorgesehenen Demonstrations- und Evaluationsfälle wurden so ausgewählt, dass ein Transfer auf ver­schiedene weitere Anwendungen und somit eine erhöhte Breitenwirkung der Ergebnisverwertung möglich ist. 

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt 
Liubov Cramar, M. Sc.
Dipl.-Inf. Jens Hegenberg

Kooperationspartner

Fachgebiet Mess- und Regelungstechnik der Universität Kassel
Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FhG-FKIE, Wachtberg 
BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin
telerob Gesellschaft für Fernhantierungstechnik mbH, Ostfildern
ADLARES GmbH, Teltow
Hermann Sewerin GmbH, Gütersloh
WINGAS GmbH und Co. KG, Kassel
PCK Raffinerie GmbH, Schwedt / Oder

Förderung und Laufzeit

Technologieprogramm "AUTONOMIK - Autonome und simulationsbasierte Systeme für den Mittelstand", Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, 12 / 2009 - 5 / 2013

Weitere Informationen zum Projekt

www.robogasinspector.de

Brain-Computer Interface:
Von der Spielesteuerung zur Mensch-Computer-Interaktion?

Die Interaktion des Menschen mit einem technischen System kann auf vielfältige Weise erfolgen. Neben klassischen Eingabegeräten ermöglichen neue und weiterentwickelte Technologien alternative Interaktionsmöglichkeiten.

Oft war die Unterhaltungsbranche der treibende Faktor, durch den neue Interaktionstechniken aus der Forschung schnell zur Marktreife gebracht wurden. Bekannte Beispiele dieser Entwicklung sind Nintendos Wii-Spielesteuerung, die Beschleunigungs- und Lagesensoren nutzt und die Multitouch-fähige berührungsempfindliche Anzeige des Apple iPhone.

Mit der Markteinführung des Neural Impulse Actuators (NIA) der Fa. OCZ Technologies ist erstmals eine Spielesteuerung erhältlich, die das Prinzip eines nichtinvasiven Brain-Computer Interface (BCI) nutzt. Das System soll in Computerspielen die Interaktion ohne Maus und Tastatur ermöglichen.

Der Hersteller verspricht einfach benutzbare Hardware, optimierte Einrichtungs- und Kalibrierassistenten und vorkonfigurierte Softwareprofile für unterschiedliche Computerspiele für einen einfachen Einstig in das Spielgeschehen. Doch sind die verfügbaren Geräte aufgrund der einfachen Sensorik überhaupt zum Spielen benutzbar? Sind die Nutzer bei der Verwendung dieser BCI mit den Ergebnissen zufrieden? Lassen sie die kommerziell verfügbaren BCI eventuell sogar für andere Aufgaben und Anwendungen als das Computerspielen nutzen? Welche Einschränkungen müssen bei der Verwendung von BCI zur Mensch-Rechner-Interaktion gemacht werden?

Ein Usability-Test, bei dem Stärken und Schwächen des Systems mit verschiedenen Aufgaben untersucht wurden, kommt zu dem Ergebnis, dass Interaktionsaufgaben allein mit dem untersuchten BCI erfüllbar sind und solche Systeme eine sinnvolle Ergänzung zu herkömmlichen Eingabegeräten sein können. Abschließend erfolgte eine Abschätzung der weiteren Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Mensch-Computer-Interaktion.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Dipl.-Ing. Michael Domhardt

Laufzeit

10 / 2008 - 3 / 2009

Evolutionäre Optimierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen

Vorgestellt wird eine neue Methode, Schnittstellen zwischen Menschen und Maschinen für individuelle Bediener anzupassen. Durch Anwenden von Abstraktionen evolutionärer Mechanismen wie Selektion, Rekombination und Mutation in der EOGUI-Methodik (Evolutionary Optimization of Graphical User Interfaces) kann eine rechnergestützte Umsetzung der Methode für Graphische Bedienoberflächen, insbesondere für industrielle Prozesse, bereitgestellt werden. In die Evolutionäre Optimierung fließen sowohl die objektiven, d.h. messbaren Größen wie Auswahlhäufigkeiten und -zeiten, mit ein, als auch das anhand von Online-Fragebögen erfasste subjektive Empfinden der Bediener. Auf diese Weise wird die Visualisierung von Systemen den Bedürfnissen und Präferenzen einzelner Bedienern angepasst. Im Rahmen dieser Arbeit kann der Bediener aus vier Bedienoberflächen unterschiedlicher Abstraktionsgrade für den Beispielprozess MIPS (MIschungsProzess-Simulation) die Objekte auswählen, die ihn bei der Prozessführung am besten unterstützen. Über den EOGUI-Algorithmus werden diese Objekte ausgewählt, ggf. verändert und in einer neuen, dem Bediener angepassten graphischen Bedienoberfläche zusammengefasst. Unter Verwendung des MIPS-Prozesses wurden Experimente mit der EOGUI-Methodik durchgeführt, um die Anwendbarkeit, Akzeptanz und Wirksamkeit der Methode für die Führung industrieller Prozesse zu überprüfen. Anhand der Untersuchungen kann zu großen Teilen gezeigt werden, dass die entwickelte Methodik zur Evolutionären Optimierung von Mensch-Maschine-Schnittstellen industrielle Prozessvisualisierungen tatsächlich an den einzelnen Bediener anpasst und die Prozessführung verbessert.

Doktorand

Dr.-Ing. Andreas Völkel, 2005

International Workshop on Human Supervision and Control in Engineering and Music

Engineering and Music meint Transdisziplinarität, ein Forschungstrend – weg vom singulären Spezialistentum hin zum gründlichen Verständnis von fachübergreifenden Zusammenhängen.

Das Symposium "Human Supervision and Control in Engineering and Music" war eine internationale Arbeitstagung mit einer derartigen zukunftsweisenden transdisziplinären Zielsetzung. Die Tagung fand im September 2001 zusammen mit einem eingebetteten Orchesterkonzert in Kassel statt. Zum Workshop sind etwa 60 Wissenschaftler vor allem aus Europa, Nord- und Südamerika und Fernost (besonders Japan) eingeladen worden.

Zudem gab es zwei Ensemblekonzerte mit Japanischer Musik: eines in Kassel und eines in Hamburg.

Der transdisziplinäre Ansatz des Workshops sollte dabei über die bereits existierende Multidisziplinarität innerhalb der beiden Bereiche des Ingenieurwesens und der Musik weit hinausgehen. Der Workshop erschloss daraus wissenschaftliches Neuland für multi- und transdisziplinäre Fragestellungen.

Das Programm des Orchesterkonzerts umfasste Musikrichtungen der letzten 200 Jahre von drei Kontinenten und wurde entsprechend dem internationalen und transdisziplinären Charakter des Workshops konzipiert. Der Vergleich und die Entstehung der Japanischen Musik gegenüber der Europäischen und Nord Amerikanischen Musik wurden besonders herausgestellt. Die Bereiche der Computer-Musik mit Computer-Live Performance und traditionellen Instrumenten wurden gezeigt.

Workshop und Konzerte wurden von der Volkswagenstiftung und vielen Firmenspenden unterstützt.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys
Natascha Feder
Dr.-Ing. Thomas C. Gudehus
Dipl.-Ing. Gerd Strätz
Dr.-Ing. Andreas Völkel
Dr.-Ing. Ingo Wagner
Dipl.-Des. Philip Zerweck

Förderung und Laufzeit

Volkswagen-Stiftung, Hannover und viele Einzelspenden, 1 / 2001 - 12 / 2001

Evolutionäre Optimierung

Optimierung Ziel-Mittel basierter Mensch-Maschine-Schnittstellen durch evolutionäre Algorithmen

Mit dieser Arbeit wurde der Ansatz verfolgt, die Optimierung der Mensch-Maschine-Schnittstellen hinsichtlich der Bedürfnisse der menschlichen Informationsverarbeitung über die Verwendung kognitionsbezogener Prozessvisualisierungen hinaus um einen Schritt zu erweitern.

Die Modellbildungstechniken des Multilevel Flow Modeling (MFM) und des Ecological Interface Designs (EID) leisten die Anpassung der Informationsdarstellung an die allgemeingültigen Bedürfnisse des Menschen. Zusätzlich zu dieser allgemeingültigen kognitionsbezogenen Wiedergabe optimiert der weitergehende Ansatz die Darstellung der Information an die Bedürfnisse des einzelnen individuellen Bedieners durch den Einsatz evolutionärer Mechanismen, die mittels evolutionärer Algorithmen realisiert werden.

Die evolutionären Algorithmen wurden als Optimierungsmethode ausgewählt, da sie der Problemstellung am besten gerecht werden und im Gegensatz zu anderen Optimierungsverfahren (z.B. Gradientenverfahren) keinerlei mathematische Ableitungen benötigen. Für die Bearbeitung der beschriebenen Problemstellung wurden adäquate Verfahren der evolutionären Optimierung ausgewählt und eigene Abstrahierungen evolutionärer Mechanismen und deren Umsetzung in Algorithmen entwickelt.

Im konkreten Fall wurden aus vier unterschiedlichen Bedienoberflächen MFM, EID, TOP (Topologische Darstellung) und Virt3D (Virtuelle 3D Prozessvisualisierung) durch evolutionäre Mechanismen die Objekte ausgewählt, die den einzelnen Bediener bei der Prozessführung am besten unterstützen. Diese Objekte wurden in einer gemeinsamen Oberfläche zusammengefasst und bildeten so die für den Probanden günstigste Visualisierung. Mit anderen Worten: die Individuen der vier Populationen (Bedienoberflächen) „kämpften” um die Aufnahme in die neu zu generierende Oberflache. Die Entscheidung, welche Individuen „überlebten" und welche nicht, orientierten sich an den Handlungen und Bewertungen durch den Bediener. Die Handlungen waren dabei objektive Kriterien für die Bestimmung der auszuwählenden Individuen, wogegen die Bewertungen durch den Bediener subjektiv waren.

Am Projekt beteiligter Wissenschaftler

Dr.-Ing. Andreas Völkel

Förderung und Laufzeit

Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2 / 2001 - 1 / 2003

Virtuelle Prozessvisualisierung am Beispiel eines verfahrenstechnischen Prozesses

Veränderungen in der Prozessleittechnik sind häufig von Zentralisierung und Entfremdung geprägt. Immer weniger Operateure überwachen und kontrollieren immer mehr und immer komplexere Prozesse.

In dieser Arbeit wurde ein Konzept entwickelt, in dem der oben angesprochenen Problematik mit speziellen Visualisierungstechniken der virtuellen Realität begegnet wird. Die einzelnen Prozesseinheiten werden als sogenannte virtuelle Prozesselemente implementiert. Basierend auf einer für die jeweilige Elementgruppe typischen Erscheinungsform wird ein grafisches Objekt modelliert. Durch die starke Bildhaftigkeit wird die Entstehung eines korrekten mentalen Modells unterstützt, auf dem die richtige Handlungsplanung des Operateurs beruht.

Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Visualisierung von Prozessgrößen und Relationen zwischen den Prozesselementen. Die Relationen zwischen den Elementen, wie beispielsweise Zeitabhängigkeiten, haben eine große Bedeutung für die korrekte Prozessführung. Neben der realitätsnahen Darstellung von visuellen Größen wie Füllständen wurden nicht-visuelle Größen wie Temperatur oder Druck durch Farb- und Formkodierungen dargestellt. Besonderer Wert wurde auf die Verwendung von Kodierungen gelegt, die im allgemeinen Verständnis weit verbreitet sind und so einen geringen Lernaufwand erfordern.

Als exemplarische Anwendung wurde eine Schnittstelle zur Führung eines Destillationsprozesses zur thermischen Trennung von Benzol und Toluol implementiert. Am Ende des Projektes wurde die erstellte Prozessvisualisierung im Vergleich mit abstrakten Darstellungsformen bewertet.

Doktorand

Dr.-Ing. Carsten Wittenberg, 2000

Auditive Anzeigen

Erfahrene Kraftwerksangestellte haben uns berichtet, dass sie die Schicht mit einem Gang durch das Werk beginnen, um zu hören, zu riechen und zu fühlen, bevor sie den Kontrollraum betreten. Ein erfahrener Anlagen­bediener beobachtet nicht nur Instrumente und Anzeigen im Kontrollraum, sondern benutzt alle Eindrücke, die ihm die Anlage vermittelt. Geräusche und Vibrationen vermitteln einen Eindruck über den Anlagenzustand – solange sie noch zur Verfügung stehen.

Moderne Kontrollräume aber sind sauber, leise, sicher und entfernt von der Anlage untergebracht. Anlagenfahrer kontrollieren einen Prozess reduziert auf Diagramme, analoge und digitale Messwerte, Textmeldungen und Signal­lampen.

Multimedia-Anzeigen können die Informationen zurückbringen, die in sicherer Entfernung von der Anlage nicht mehr zur Verfügung stehen. Die Anlagenbediener sind dem Prozess wieder näher, wenn sie auch Geräusche und Vibrationen erleben können.

Seit 1999 untersuchen wir die Anwendung auditiver Anzeigen in Mensch-Maschine-Schnittstellen.

Am Projekt beteiligter Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys
Dipl.-Ing. Vitalij Laubach
Dipl.-Ing. Gerd Strätz

Förderung und Laufzeit

DFG (Großgeräteförderung), Industriespenden, Land Hessen, Volkswagen-Stiftung, 1999 - 2008

Kognitionsbezogene Visualisierung

Kognitionsbezogene Prozessvisualisierung in Ziel-Mittel-orientierten Mensch-Maschine-Schnittstellen

Die Entwicklung von Mensch-Maschine-Schnittstellen ist durch neuere Erkenntnisse aus der kognitiven Psychologie im Hinblick auf die menschlichen Informationsverarbeitungsfunktionen beeinflusst worden. Zu den bisher ausschließlich auf mathematisch-logischem Beschreibungen beruhenden Modellen entwickelte sich die Ziel-Mittel-Sichtweise, die die Grundlage für weitere Modellbildungstechniken bildet, darunter das Multilevel Flow Modelling und das Ecological Interface Design. Beide Darstellungen können Informationsinhalte auf mehreren Abstraktionsstufen wiedergeben.

In diesem Projekt wurde die Beherrschbarkeit und Handhabbarkeit komplexer industrieller Prozesse durch diese Verfahren verbessert. Sie wurden in der ersten Phase des Projektes für die Entwicklung mehrerer Benutzerschnittstellen einer Destillationskolonne herangezogen. In der zweiten Projektphase wurden die entwickelten Schnittstellen, das kognitionsbezogene Hilfesystem und die alternative Symbolik experimentell getestet und bewertet.

Am Projekt beteiligter Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dr.-Ing. Andreas Völkel

Förderung und Laufzeit

Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2 / 1998 - 1 / 2001

Approximative wissensbasierte Prozessvisualisierung auf Basis der Fuzzy Logic

Eine neuartige Gestaltungsmethode und -technik zur Erstellung von Mensch-Maschine-Schnittstellen ist entwickelt und am Beispiel einer Destillationskolonne angewandt worden. Diese Methoden und Technologien streben zu einer verstärkten Benutzerorientierung während der Entwicklung von Mensch-Maschine-Schnittstellen, die an die kognitiven Strukturen von Prozessbedienern angepasst sein sollten. Um eine harmonische Interaktion zwischen Mensch und Maschine zu erreichen, werden verschiedene Modelle menschlichen Wissens, die in analoger und begrifflicher Form verfügbar sind, sowohl bei der Gestaltung der grafischen Bedienoberfläche als auch von Softwarestrukturen des jeweiligen Informations-Managementsystems berücksichtigt.

Unscharfe Logik (Fuzzy Logic) wird zur Konvertierung des begrifflichen Wissens in eine Computerrepräsentation eingesetzt. Damit wird es möglich, symbolische Werte über ein gesamtes Mensch-Maschine-System in approximativer Weise zu visualisieren. Erzielt wird eine Visualisierung und Darstellung des technischen Systems durch verschiedene Betrachtungsweisen, wie Prozesszustände, Dringlichkeit zur Durchführung von Aufgaben, kausale Zusammenhänge sowie neuartige Visualisierungsformen. Zu diesen Visualisierungsformen gehören approximative Prozessvisualisierung, aufgabenabhängige Zustandsvisualisierung, zustandsabhängige Aufgabenvisualisierung und nicht zuletzt kausalorientierte Visualisierung von Zielerfüllungsgraden.

Doktorand

Dr.-Ing. Salaheddin Odeh, geb. Ali, 1998

Multimedia-Prozessleitwarte

Die zentralen Leitwarten großer industrieller Anlagen haben die Menschen von den zu führenden Prozessen getrennt. Die Wahrnehmung ist vornehmlich auf den visuellen Sinn beschränkt. Allein Telefon- oder Funk­verbindungen ermöglichen eine schmalbandige Sprachkommunikation mit dem Wartungspersonal in der Anlage.

Multimedia-Erweiterungen können den Operateur wahrnehmungsmäßig zurück in die Anlage bringen, während er körperlich komfortabel und sicher in der Leitwarte bleibt. Dies schließt Ansichten und Geräusche von Prozess­kompo­nenten durch Video- und Audioübertragungen genau so ein wie Ansichten und Geräusche, die künstlich aus Messungen erzeugt werden.

Mit Unterstützung durch die Bundesrepublik Deutschland und das Land Hessen durch Mittel aus dem Hochschul­bau­förderungs­gesetz und durch Spenden von Industriefirmen begannen wir, eine experimentelle Multimedia-Prozessleitwarte aufzubauen. Der Kern dieses Experimentierstands bestand aus zwei Hoch­leis­tungs­grafik-Arbeits­stationen. Multimedia-Peripherie, hauptsächlich Video- und Audio-Einrichtungen für Vibra­tionen und dreidimensionale Geräusche, ergänzen die Einrichtung. Diese wurde in der Folgezeit in unterschiedlichen Forschungsprojekten eingesetzt.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys
Dipl.-Ing. Gerd Strätz
Dr.-Ing. Carsten Wittenberg

Förderung und Laufzeit

Bundesrepublik Deutschland und Land Hessen (Hochschulbauförderungsgesetz)
Industriespenden
1997 - 2009

Rechnergestützte Wissensakquisition für wissensbasierte Diagnosesysteme im Bereich dynamischer technischer Systeme

Basierend auf einer Analyse existierender Ansätze wurde in dieser Arbeit eine Methode zur die Wissensakquisition für wissensbasierte Diagnosesysteme im Bereich dynamischer technischer Systeme sowie ein entsprechendes rechnergestütztes Werkzeug entwickelt.

Um die Wissensakquisition zu erleichtern sowie effektiver und weniger fehleranfällig zu gestalten, ermöglicht das Werkzeug Experten, weitgehend selbständig Wissensbasen zu erstellen und zu warten. Dazu war einerseits ein Problemlösungsmodell erforderlich, das die Anforderungen der Diagnoseaufgaben des Prozessbedieners und der dynamischen technischen Systeme erfüllt, andererseits für Experten verständliche Formen der Zwischenpräsentationen des Bereichsmodells. Dabei muss insbesondere die Zeitveränderlichkeit der Informationen berücksichtigt werden.

Für das Problemlösungsmodell wurde die von der Autorin im Rahmen des Projekts GRADIENT erarbeitete starke Problemlösungsmethode der zuständigen Diagnose, die temporales Schließen beinhaltet, und das wissensbasierte System CAUSES, das diese Methode verwendet, weiterentwickelt.

Das Werkzeug generiert automatisch Regeln aus von den Experten eingegebenen Wissenselementen und stellt sie zur Überprüfung in einer verständlichen Form dar. Um Experten ein Validieren der Regeln zu ermöglichen, wurde das Werkzeug mit dem zu einer Schale für wissensbasierte Systeme weiterentwickelten System CAUSES integriert. Weiterhin wurde das implementierte Werkzeug durch einen Experten bewertet.

Doktorandin

Dr.-Ing. Dipl.-Inform. Sabine Borndorff-Eccarius, 1997

Situationsabhängige Mensch-Maschine-Schnittstelle

Dieses interdisziplinäre Forschungsvorhaben begann 1996 mit einer voraussichtlichen Laufzeit von 3 Jahren. Das Hauptziel des Projekts war eine qualitative Verbesserung der Mensch-Maschine-Interaktion durch eine dynamisierte modellhafte Abbildung des technischen Systems in Leitwarten-Software.

Das Projekt ging bei der Erstellung von Prozessvisualisierungssoftware von einer Aufgabenorientierung aus. Dies umfasst die Fragestellung, welcher situationsspezifische Informationsbedarf bei Operateuren industrieller Leitwarten vorliegt und was aus der Sicht der Schnittstellenergonomie wünschenswert ist unter Beachtung von Randbedingungen, die durch das abzubildende technische System gesetzt werden. Aus der Beantwortung dieser Fragestellung und der genannten Bedingungen ergeben sich die Mindestanforderungen, die eine Leitwarten-Software erfüllen muß. Diese Sichtweise schließt den Prozessbediener (Anlagenfahrer) ausdrücklich in das Produktionssystem ein.

Der Informationsbedarf des Prozessbedieners hängt von der dynamischen Charakteristik unterschiedlicher Interaktionssituationen ab. Diese werden bestimmt durch die technischen Systemzustände, die Arbeitspotentiale des Prozessbedieners und dessen Informationsverarbeitungsziele. Es war das Ziel dieses Forschungsvorhabens, ein aufgabenorientiertes Mensch-Maschine-Schnittstellenkonzept zur Integration von Darstellungstechniken und Wissensstrukturen zu entwickeln und dieses an einem Anwendungsbeispiel zu erproben und zu bewerten.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dipl.-Ing. Falk Mletzko
Dipl.-Psych. Werner Ebert
Dipl.-Des. Philip Zerweck

Förderung und Laufzeit

Deutsche Forschungsgemeinschaft, 1996 - 2003

Erprobung einer Sofwareentwurfsmethodologie

DIADEM Methodology for MMI Development Trial Application (DIAMANTA)

Ziel des Projekts DIAMANTA war eine Bewertung der systemtechnischen Software-Entwurfsmethode DIADEM (Dialogue Architecture and Design Method) von THOMSON-CSF. Es sollte nachgewiesen werden, dass diese Methode den Softwareentwurf von grafischen Benutzerschnittstellen so unterstützt, dass die Schnittstellen die Bedürfnisse der Benutzer vollständig abdecken.

Das Projekt DIAMANTA wurde im Rahmen des ESPRIT Trial Application-Programms von der Europäischen Union gefördert.

In diesem Projekt erfüllte unser Labor zwei Aufgaben: Zunächst stellten wir eines der drei Entwicklungsteams, welche die Methode DIADEM an einer Anwendung erprobten. Daneben und unabhängig vom Entwicklungsteam wurde eine formale Bewertungsmethode entworfen, mit der die drei Entwicklungsteams beobachtet wurden, Fortschritte und Erfahrungen erfasst wurden und so die Methode DIADEM selbst beurteilt werden konnte.

Die Entwicklung von Benutzerschnittstellen ist für Softwarefirmen ein wesentlicher Kostenfaktor, denn der Aufwand zur Erstellung der Schnittstelle zum Benutzer beträgt 20 % bis 50 % der gesamten Software-Entwicklungskosten. Weiterhin erhöht eine gut gestaltete Schnittstelle die Benutzbarkeit eines Produktes und damit die Akzeptanz durch den Benutzer und die Chancen am Markt. Vor diesem Hintergrund soll die Methode DIADEM Softwareentwickler bei ihrer Arbeit – Erstellung und Implementierung von Spezifikationen für grafische Benutzerschnitstellen – unterstützen. DIADEM wurde von THOMSON-CSF entwickelt und erhöht die Produktivität des Entwicklungsprozesses wie auch die Qualität der Schnittstellen. Die Methode unterstützt das Entwicklungsteam durch unterschiedliche Regelungen: DIADEM definiert Rollen und Aufgaben für die im Team arbeitenden Personen und strukturiert den zeitlichen Ablauf; es stellt grafische Methoden zum Informationsaustausch im Entwicklungsteam zur Verfügung; es gibt grundlegende Ergonomierichtlinien vor. Alle diese Vorgaben sind offen für eine Anpassung an die vorliegende Anwendungs- und Entwicklungsumgebung.

Die drei Entwicklungsteams haben DIADEM in drei unterschiedlichen Bereichen erprobt: Einer grafischen Schnittstelle zur Steuerung einer Chemieanlage (in unserer Gruppe in Kassel), einer bimodalen Schnittstelle (Bildschirm oder Telefon) zu einem Informationssystem für den Gebrauchtwagenverkauf und einer Multimedia-Präsentation für Reisebüros.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dr.-Ing. habil. Elena A. Averbukh
Dipl.-Ing. Markus Tiemann
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys

Kooperationspartner

THOMSON-CSF, RCC, Colombes, Frankreich
Informationssysteme für computerintegrierte Automatisierung (ISA) GmbH, Stuttgart
Sistemas y Tratamiento de Informacion S. A. (STISA), Madrid, Spanien
Bayer AG, Dormagen

Förderung und Laufzeit

ESPRIT Trial Application-Programm der Europäischen Union, 11 / 1995 - 12 / 1996

Mensch-Maschine-Schnittstelle von Schweißrobotern für das Bahnschweißen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten für den Einsatz in mittelständischen Betrieben

Bereits das manuelle Schweißen ist ein komplexer Arbeitsvorgang und erfordert Kenntnisse aus verschiedenen Fachgebieten. Will man diesen Prozess mit Hilfe eines Robotersystems automatisieren, und dabei ins­be­son­dere die Qualifikation und die Kenntnisse des Schweißers berücksichtigen ergibt sich eine noch wesent­lich kom­plexere Thematik. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Benutzungsschnittstelle für die Interaktion Schweißer – Robotersystem – Werkstück konzipiert. Darin fließen die Kenntnisse des Schweißers bezüglich des Schweiß­vorganges ein. Dadurch ist die vorherige Anpassung des Schweißvorganges an verschiedene Einfluss­faktoren wie den unregelmäßigen Spaltabstand zwischen den zu verschweißenden Werkstücken und den Abstand der Schweißpistole zum Werkstück möglich. Die automatisierte Schweißvorgang gleicht dem manuellen Schweiß­vorgang, da die spezielle Gestaltung immer noch beim Schweißer liegt und nur die Aus­führung beim Roboter.

Doktorand

Dr.-Ing. Dipl.-Math. Lajos Fejes, 1995

Robuste Mensch-Machine-Interaktion

Robust Human-Machine Interaction (RoHMI)

RoHMI war ein von der Europäischen Union innerhalb des Programms Human Capital and Mobility unterstütztes kooperatives Forschungsprojekt. RoHMI brachte Wissenschaftler aus sechs europäischen Ländern zusammen, deren gemeinsames Interesse Fragestellungen zum Entwurf von Mensch-Machine-Systemen war. Ideen und Forschungsergebnisse sowie, besonders auch jüngere, Wissenschaftler wurden innerhalb des Netzwerks ausgetauscht.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dr. rer. pol. Dipl.-Psych. Jens Heuer
Dipl.-Ing. Falk Mletzko
dr. ir. M. M. (René) van Paassen
Dr.-Ing. Carsten Wittenberg

Kooperationspartner

University of Salford, Salford, Greater Manchester, Großbritannien
University of Strathclyde, Scotish HCI Centre, Glasgow, Schottland, Großbritannien
Universität Bonn, Bonn
University of Reading, Reading, Berkshire, Großbritannien
Delft University of Technology, Delft, Niederlande
European Institute for Cognitive Science (EURISCO), Toulouse, Frankreich
Human Reliability Associates (HRA), Wigan, Lancashire, Großbritannien
Technical University of Denmark (DTU), Lyngby, Dänemark
EC Joint Research Centre, Institute for Systems Engineering and Informatics, Ispra (VA), Italien
University of Valenciennes, Valenciennes, Frankreich

Förderung und Laufzeit

Human Capital and Mobility-Programm der Europäischen Union, 1994 - 1996

Prozessvisualisierung mittels Ziel-Mittel-Hierarchien

Process Visualization using Means-Ends Hierarchies

In diesem Projekt wurden alternative Benutzerschnittstellen für die beiden Anwendungen des Projekts AMPCA entwickelt: Für eine Zementmühle und für einen Dampferzeuger eines fossil befeuerten Kraftwerks. Diese Schnitt­stellen benutzen zwei neue Verfahren, das Multilevel Flow Modelling (MFM) von Lind und das Ecological Interface Design (EID) von Vicente und Rasmussen.

Die Anwendung dieser Verfahren führt zu Schnittstellen, die Alternativen darstellen zu den üblichen Methoden des Anzeigenentwurfs. Konventionelle Entwürfe zeigen eine topologische Sicht, also die physikalisch vor­han­denen Ver­bin­dun­gen zwischen den Anlagenbestandteilen, aber nicht die funktionale Beziehung zwischen den Kom­po­nenten.

MFM und EID gebrauchen beide eine Ziel-Mittel-Hierarchie, um den Prozess zu visualisieren. In einer Ziel-Mittel-Hierarchie müssen die Ziele erreicht werden, und dabei sind die Mittel die Wege zur Erreichung dieser Ziele. Abhängig von der Hierarchieebene sind die Ziele entweder das Hauptziel, Unterziele oder die Funktionen, und die Mittel sind die Unterziele, die Funktionen oder die Handlungen. An der Spitze der Hierarchie befindet sich das Produktionsziel der Anlage. Die niedrigste Ebene enthält die einzelnen Handlungen, die vom Bediener durch­geführt werden müssen. Die Ziel-Mittel-Hierarchie visualisiert die Bedingungen, die erfüllt werden müssen, um das Hauptziel zu erreichen.

Beide Verfahren gehen einen beträchtlichen Schritt über den konventionellen Schnittstellenentwurf hinaus. Potentielle Vorteile liegen in einer verbesserten Einsicht in die Funktionsweise der Anlage, einer besseren Fehlerdiagnose und möglicherweise einer Reduktion der Lernzeiten der Bediener.

Am Projekt beteiligter Wissenschaftler

dr. ir. M. M. (René) van Paassen

Föderung und Laufzeit

Brite/EuRam-Stipendium der Europäischen Kommission, 1994 - 1996

Mensch-Maschine-Schnittstellen für die Prozessführung

Advanced Man-Machine Interfaces for Industrial Process Control Applications (AMPCA)

In diesem Projekt wurden wissensbasierte Mensch-Maschine-Schnittstellen für die Überwachung, Führung und Steuerung dynamischer technischer Systeme in Kraftwerken und Zementwerken entwickelt.

Ausgehend von einer intensiven Aufgabenanalyse wurden detaillierte Benutzeranforderungen formuliert. Danach wurden die Softwareanforderungen, der konzeptuelle Entwurf im Hinblick auf ein logisches Modell, die Softwarearchitektur, der detaillierte Entwurf und die Implementierung unter Berücksichtigung internationaler Softwareentwicklungsstandards bearbeitet. Die auf diese Weise entwickelten Mensch-Maschine-Schnittstellen enthielten grafische Benutzungsoberflächen, wissensbasierte Dialog-, Protokollierungs- und Erklärungskomponenten sowie Modelle des technischen Systems und der Benutzer. Die Prototypen wurden getestet und bewertet, zunächst mit Laborsimulatoren, die ebenfalls im Projekt entwickelt wurden, und später unter realen Bedingungen in Feldstudien.

Die Beispielanwendung A war die Benutzerschnittstelle für ein fossilbefeuertes Kraftwerk. Die Beispielanwendung B war die Benutzerschnittstelle für Zementmühlen zum Verkleinern von Klinkern.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dr.-Ing. habil. Elena A. Averbukh
Dipl.-Ing. Falk Mletzko
Dipl.-Inform. Jörg Rudewig
Dipl.-Ing. Gerd Strätz
dr. ir. M. M. (René) van Paassen
Dr.-Ing. Carsten Wittenberg

Kooperationspartner

CISE S.p.A., Segrate (MI), Italien
Marconi Simulation and Training, Dunfermline, Schottland, Großbritannien
ENEL S.p.A., Cologno Monzese (MI), Italien
FLS Automation A/S, Valby, Dänemark
Aalborg Portland Cement Plant, Aalborg, Dänemark 

Förderung und Laufzeit

BRITE-Programm (Basic Research in Industrial Technologies in Europe) der Europäischen Union, 1 / 1993 - 3 / 1996

Partizipatives Design

Interaktive Gestaltung und Bewertung von Bedienoberflächen

Während der ersten Phase dieses Projektes wurden verschiedene Methoden für die Gestaltung von grafischen Bedienoberflächen der Prozessleittechnik entwickelt. Durch den Einsatz dieser Methoden ist es möglich, Prozess­bediener in den Gestaltungsprozess von Bedienoberflächen frühzeitig einzubeziehen. Um eine effektive Partizipation von Prozessbedienern bei der Gestaltung ihrer Bedienoberflächen zu erreichen, waren die Durch­führung einer umfassenden Aufgabenanalyse, die Beschaffung und Weiterentwicklung eines leistungs­fähigen Grafikwerkzeugs zur Erstellung von Prototypen sowie die Bewertung der realisierten Bedien­oberflächen mittels Laborexperimenten notwendig. Entwickelt wurden verschiedene Bedienoberflächen mit unterschiedlichen Philo­so­phien, wie konventionelle Prozessvisualisierung, die überwiegend Fließ­diagramme einsetzt, sowie fort­geschrittene Visualisierungstechniken wie die Multi-Level Flow Modelling-Methode (MFM).

In der zweiten Phase des Projektes wurde der Partizipationsaspekt mit Hypermedia-Ansätzen erweitert, um die Motivation und Qualifikation von Prozessbedienern zu erhöhen. Diese Ziele wurden durch die Entwicklung neu­artiger Visualisierungsformen technischer Prozesse, den Einsatz von qualitativen Simulationen zur Ani­mation bereits existierender Bedienoberflächen sowie die Integration von Hypermedia-Benutzerschnittstellen in Prozess­leitsysteme erreicht.

Alle dieser während des Projektes entwickelten Methoden und Techniken sind mittels eines chemischen Prozess­simulators bewertet und untersucht worden. Die Simulation wurde am Institut für Systemdynamik und Regelungs­technik der Universität Stuttgart entwickelt.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Dr.-Ing. Sallaheddin Odeh, geb.  Ali
Dr. rer. pol. Dipl.-Psych. Jens Heuer
Dr.-Ing. Martin Hollender
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen

Kooperationspartner

Dr. Seufert Computer GmbH, Karlsruhe
Delft University of Technology, Delft, Niederlande
Loughborough University, Leicestershire, Großbritannien
Université de Liège, Liège, Belgien
Universität Stuttgart

Förderung und Laufzeit

Deutsche Forschungsgemeinschaft, 1992 - 1996

Grafik- und wissensbasierter Dialog in Kraftwerksleitwarten

Graphics and Knowledge Based Dialogue (GRADIENT)

Ausgehend vom Pilotprojekt Esprit P600 wurde GRADIENT in den Jahren 1985 bis 1990 im Bereich Advanced Information Processing des ESPRIT-Programms der Europäischen Union gefördert. Das einhundert Personen-Jahre umfassenden Projekt untersuchte die Möglichkeiten, Bediener industrieller Prozesse durch den Einsatz von wissensbasierten Systemen zu unterstützen und durch ein grafisches Expertensystem die Möglichkeit zu geben, mit dem System einen intelligenten grafischen Dialog zu führen.

In der industriellen Prozessführung müssen die richtigen Inhalte zur richtigen Zeit auf die richtige Weise dar­gestellt werden. Ausgangspunkt für GRADIENT war eine Analyse der dazu notwendigen Funktionalität. Ver­schiedene wissensbasierte Systeme stellen die Inhalte des Dialogs zur Verfügung, das grafische Experten­system bringt sie in die richtige Form, ein Dialogsystem überwacht den zeitlichen Ablauf des Dialogs.

GRADIENT unterscheidet zwei Gruppen von Benutzern: Den Entwickler, der eine Anwendung erstellt und den Bediener, der diese zur Prozessführung verwendet. Unterstützung für beide Benutzergruppen wurde in GRADIENT vorgesehen.

Mit Simulationen von zwei Anwendungsbeispielen – einem Kohlekraftwerk und einem paket-orienterten Datennetz – wurde demonstriert, dass die von GRADIENT gesteckten Ziele erreicht werden können.

In unserer Gruppe an der Universität Kassel wurde eine Methode für ausführliche Aufgaben- und Wissens­analysen entwickelt und in Kohlekraftwerken erprobt sowie drei Module für GRADIENT entwickelt:

• Das unterstützende Expertensystem (Support Expert System SES) besteht aus drei getrennten Modulen. Sie unterstützen drei verschiedene Tätigkeiten der Prozessbediener in Fehlersituationen: Die Stabilisierung des laufenden Prozesses (SES – Procedural Support, prozedurale Unterstützung), die Abschätzung der Folgen (SES – Consequence Prediction) und die Suche nach den Ursachen (SES – State Based Diagnosis, zustands­basierte Diagnose).
• Das Präsentationssystem (Presentation System PRES) bildet die Schnittstelle zwischen Bediener und dyna­mischem Prozess. Gesteuert durch das Dialogsystem stellt es grafisch die Informationen für den Bediener dar. Es greift dabei auf die im grafischen Editor erstellten Bilder und Bildelemente zurück. PRES nimmt auch die Eingaben des Bedieners zur Prozesssteuerung an.
• Der Intelligente Grafische Editor (Intelligent Graphical Editor IGE) unterstützt Designer und Prozessingenieure bei der Gestaltung von Leitwartenbildern. Es wurden ein grafischer Editor und wissensbasierte Module zur Entwurfsunterstützung entwickelt. IGE überwacht die Einhaltung ergonomischer Regeln und stellt die Über­ein­stimmung zwischen technischem Prozess und dessen grafischer Darstellung sicher. Ein Modell des Prozess­bedieners (User Model UM) vermittelt kontextabhängige Sichtweisen.

GRADIENT führte zu neuen Erkenntnissen auf den Gebieten

• der Analyse- und Beschreibungsmethoden zur Dialoggestaltung,
• der Trennung zwischen Dialog und Darstellung,
• der interaktiven, dynamischen Bilderstellung,
• der Verfahren zur Modellierung von Bediener- und Systemverhalten,
• der Erkennung des vom Bediener verfolgten Plans und der Entdeckung von Fehlhandlungen,
• der Verfahren zum Wissenserwerb und zur Wissensbeschreibung und 
• der Wartung von Wissensbasen

Am Projekt beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen
Dr.-Ing. Dipl.-Inform. Sabine Borndorff-Eccarius
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys
Dr.-Ing. Dipl.-Math. Lajos Fejes
Dipl.-Ing. Hans-G. Hansel-Geisert
Dipl.-Ing. Joachim Schmidt
Dr. phil. Dipl.-Psych. Gunilla A. Sundström
Dipl.-Ing. Gerd Strätz

Kooperationspartner

Computer Resources International (CRI) A/S, Dänemark
ABB Research Center, Heidelberg
University of Strathclyde, Scotish HCI Centre, Glasgow, Schottland, Großbritannien
Katholieke Universiteit Leuven, Expert Systems Applications Development Group, Heverlee, Belgien

Förderung und Laufzeit

ESPRIT-Programm der Europäischen Union, 1985 - 1990

Pilotstudie Prozessleitwarten

ESPRIT P600 war eine einjährige Pilotstudie in 1984/85, in der Benutzerbefragungen und Literaturstudien durchgeführt wurden. Es sollten die Probleme bestimmt werden, welche Bediener in der Praxis mit Prozess­leit­systemen haben und Lösungen dazu gefunden werden.

Die befragten Benutzer waren im Allgemeinen zufrieden mit den Prozessleitsystemen. Die Gestaltung des Dialogs zwischen Mensch und Maschine wurde dennoch als zu stark eingeschränkt und abhängig von vor­ge­gebenen Prozeduren empfunden. Dadurch wird der Dialog unflexibel und schlecht an das Aufgaben­spektrum angepasst.

Die Literaturstudien zeigten, dass Lösungsmöglichkeiten aus dem Gebiet der Wissensverarbeitung, Mensch-Rechner-Interaktion und kognitiver Modellierung kommen können. Wissensbasierte Methoden können zur intelligenten Unterstützung der Bediener während der Überwachung des Prozesses, einer Fehlerdiagnose oder bei notwendigen Eingriffen in den Prozess eingesetzt werden. Forschungsergebnisse aus dem Bereich der Mensch-Rechner-Interaktion stellen verbesserte Verfahren zur Beschreibung des Dialogs zwischen Mensch und Maschine zur Verfügung und besser angepasste Zuordnungen von Funktionen. Neue Modellierungstechniken erhöhen die Flexibilität des Dialogs. In Verbindung mit grafischen Expertensystemen bereichern sie die Informations­darstellung und verbessern das Verständnis des Bedieners für den Prozess.

Am Projekt beteiligter Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. G. Johannsen

Kooperationspartner

Computer Resources International A/S, Dänemark
ABB Research Center, Heidelberg
University of Strathclyde, Scotish HCI Centre, Glasgow, Schottland, Großbritannien
Siemens Nixdorf Informationssysteme AG, Paderborn

Förderung und Laufzeit

ESPRIT-Programm der Europäischen Union, 1984 - 1985

Robot}air{: Praxistaugliches Boden-Luft-Servicerobotiksystem für Inspektion von industrieller Druckluftversorgung und Verbesserung der Arbeitsumgebungsfaktoren am Beispiel der Automobilproduktion

Ziel des Forschungsprojektes Robot}air{ ist die Entwicklung und Evaluation eines prototypischen, kostengünstigen Boden-Luft-Servicerobotersystems für die Detektion und Ortung von Druckluftleckagen zwecks nachhaltiger Ressourcen- und Energienutzung sowie für die Erfassung von Arbeits­umgebungs­faktoren zur Sicherstellung gesunder Arbeitsbedingungen und Steigerung der Produktivität. Durch die regelmäßige Inspektion von Druckluftanlagen werden frühzeitig Lecks entdeckt, dadurch Verluste und der Primärenergieeinsatz verringert, was sich wiederum positiv auf den CO₂-Ausstoß und das Klima auswirkt. Auch in der Gebäudetechnik sollen durch roboterbasierte multimodale Kartierung der klimatischen Lokalsituation Einsparmöglichkeiten identifiziert und realisiert werden und damit ein Beitrag zu nachhaltiger Klimapolitik geleistet werden.

Aufgrund schlechter räumlicher Erreichbarkeit, geringer Produktrelevanz und geringer Energiekosten wurde dies bisher oft vernachlässigt. In verschiedenen Studien wurden die wirtschaftliche Signifikanz und der große adressierbare Markt dokumentiert, wie auch eine Potentialabschätzung der Volkswagen AG und eine Kostenabschätzung der Forschungspartner auf Basis der EFFIROB-Systematik zeigt.

Das Projektkonsortium besteht aus Forschungs-, industriellen Entwicklungs- und Anwendungspartnern, die im Verbund alle notwendigen wissenschaftlichen und industriellen Kompetenzen im Bereich mobiler Robotik, Mensch-Maschine-Interaktion, Messtechnik, Anlageninspektion und -betrieb, Druckluftsysteme sowie Arbeitswissenschaft bündeln. Gemeinsam mit den Anwendungspartnern werden die Anforderungen erhoben und ein Systemprototyp erstellt, dessen robuste Funktionsweise und Gebrauchstauglichkeit im Labor und in Feldstudien in der Automobilindustrie evaluiert wird.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt

Kooperationspartner

Fachgebiet Mess- und Regelungstechnik der Universität Kassel
Volkswagen AG, Volkswagen Werk Kassel, Baunatal
Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie, Wachtberg
SONOTEC Ultraschallsensorik Halle GmbH, Halle (Saale)
AIBOTIX GmbH, Kassel
Ingersoll Rand GmbH, Oberhausen
S-ELEKTRONIK GmbH & Co. KG, Wangen im Allgäu

Förderung und Laufzeit

Bundesministerium für Bildung und Forschung, 1 / 2013 - 12 / 2015

FREE: Freizeit- und Eventverkehre mit intermodal buchbaren Elektrofahrzeugen

FREE setzt sich mit der Analyse, Gestaltung, Nutzung und Evaluation verschiedener kooperierender Verkehrsmittel unter Einbezug der E-Mobilität im Bereich des Freizeit- und Veranstaltungsverkehrs auseinander und ist deutschlandweit das erste Vorhaben seiner Art. Ziel ist die Integration verschiedener nachhaltiger Mobilitätsangebote für den Besuch von Freizeitzielen und Veranstaltungen und bezieht sich auf den gesamten Mobilitätsprozess von der Information und Buchung bis zur realisierten Ortsveränderung. Neuartig ist die Integration eines zentralen, integrierten Buchungssystems, mit dem neben Hotelzimmern auch Zusatzmodule wie die Nutzung von Fahrzeugen und Veranstaltungsverkehren gebucht werden können. Die Mobilitätsangebote umfassen Tram und Bus, E-Bus, E-Pkw, Pedelec und Leihfahrräder inklusive der Ladeinfrastruktur für E-Fahrzeuge.

Das Fachgebiet Mensch-Maschine-Systemtechnik wird die benutzer- und aufgabengerechte Entwicklung des Informations- und Buchungssystems in verschiedenen Arbeitspaketen wissenschaftlich-methodisch unterstützen. Die Aufgabe des Informations- und Buchungssystem ist es, den gesamten E-Mobilitäts­prozess der Zielgruppe von der Information und Buchung der Mobilitätsbausteine bis zur realisierten Ortsveränderung bestens zu ermöglichen. Dafür sollen eine Webportal-Lösung und eine Lösung für Mobilgeräte entwickelt werden, um den verschiedenen Bedürfnissen der Zielgruppe in unterschiedlichen Kontexten gerecht zu werden.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Romy Kniewel, M. F. A.
Dipl.-Ing. Manuel Radziwill

Kooperationspartner

Regionalmanagement Nordhessen GmbH, Kassel
Kasseler Verkehrs-Gesellschaft AG, Kassel
Städtische Werke AG, Kassel
E.ON Mitte AG, Kassel
Heinrich Müller ebikes mieten+mehr, Kassel
Nordhessischer Verkehrs-Verbund, Kassel
Stadt Kassel – Straßenverkehrs- und Tiefbauamt, Kassel
Fachgebiet Verkehrsplanung und Verkehrssysteme der Universität Kassel

Förderung und Laufzeit

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, 10 / 2012 - 9 / 2015

E2V: Elektromobilitätskonzept mit teilautonomen Fahrzeugen 

Das zweirädrige Elektrofahrzeug E2V soll eine Lösung für die Mobilität in Gebieten schaffen, die außer­halb der öffentlichen Verkehrsräume liegen, wie zum Beispiel in Parklandschaften, Flughäfen oder Fußgänger­zonen. Personen, die zum erstem Mal einem solchen Fahrzeug gegenüberstehen und unter Umständen auch in ihrer körperlichen Beweglichkeit eingeschränkt sind, sollen damit ein ihnen noch unbekanntes Gebiet erkunden und dazu touristische Informationen erhalten. Für die Akzeptanz bei dieser Zielgruppe und den sicheren Einsatz des Fahrzeugs sind eine intuitive Benutzbarkeit, Fahrer­assistenz­funktionen und die kontextsensitive Bereitstellung von touristischen Informationen mit einer interaktiven Mensch-Maschine-Schnittstelle notwendig.

• Touristische Information für die Nutzer wie Hinweise, Bilder, Hintergrundinformationen, die jeweils auf die individuellen Bedürfnisse zugeschnitten werden und kontextsensitiv zum richtigen Zeitpunkt oder am richtigen Ort dargeboten werden.
• Bedienungsrelevante Information für die Nutzer wie Informationen durch das Fahrzeug zu Handhabung, Ausleihbedingungen, Verkehrsregeln, Grenzen des Verkehrsbereiches, Sicherheitsaspekten, die auf Anfrage, bei Bedarf oder bei drohender Fehlbedienung ausgegeben werden.
• Informationen über das Fahrzeug zur Darstellung in einer Zentrale des Flottenbetreibers wie Position, Ladezustand, Unterstützungsbedarf der Nutzer.

In diesem Forschungs- und Entwicklungsprojekt werden zunächst die Informations- und Interaktions­bedürfnisse der zukünftigen Nutzer und Betreiber ermittelt, dann geeignete Mensch-Maschine-Schnittstellen entworfen und in Prototypen umgesetzt. Abschließend wird die Machbarkeit und Akzeptanz dieses neuen Fahrzeugkonzeptes unter Beteiligung von Nutzern und Betreibern in einer Pilot­studie untersucht.

Das Projekt E2V ist Teil der Aktivitäten des fachbereichsübergreifenden Forschungsverbunds Fahrzeug­systeme (FAST) der Universität Kassel.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Rolf Braun, M. Sc.

Kooperationspartner

Fachgebiet Fahrzeugsysteme und Grundlagen der Elektrotechnik der Universität Kassel
Fachgebiet Anlagen und Hochspannungstechnik der Universität Kassel
Fachgebiet Leichtbau-Konstruktion der Universität Kassel
Fachgebiet Elektrische Energieversorgungssysteme der Universität Kassel
FINE Mobile GmbH, Rosenthal
Ernst Hombach GmbH & Co. KG, Uehlfeld
E.ON Mitte AG, Kassel
Hymer Leichtmetallbau GmbH & Co. KG, Wangen
Hella KGaA Hueck & Co., Lippstadt
Krebs und Aulich GmbH, Derenburg

Förderung und Laufzeit

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) , 8 / 2011 - 7 / 2014

Auditive Flugführungsanzeigen

Einsatz räumlich positionierter auditiver Anzeigen zur Ausgabe von Zustands- und Richtungsinformationen im Flugzeugcockpit

Der Pilot im Cockpit eines modernen Verkehrsflugzeuges erhält Informationen im Wesentlichen über den visu­ellen Kanal. Auditive Anzeigen erzeugen bisher nur Aufmerksamkeit und übermitteln selten weitere Informa­tionen. Auditive Anzeigen mit Richtungsinformation werden im zivilen Bereich bisher nicht eingesetzt.

Es wird in diesem, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt untersucht, ob räumlich positionierte auditive Anzeigen Flugführungsaufgaben sinnvoll unterstützen können. Die Position der Anzeige soll dabei die Steuerung der eigenen Bewegung in Raum und Zeit und die Identifizierung von Objekten im Raum nach Richtung und Entfernung unterstützen.

Es wird erwartet, dass der erfolgreiche Einsatz räumlich positionierter auditiver Anzeigen im Cockpit das Be­wusst­sein über die Position im Luftraum und bezüglich des umgebenden Verkehrs erhöht, die Einhaltung von Freigaben in Raum und Zeit und damit Staffelungsvorgaben unterstützt und so die Sicherheit erhöht. Außerdem wird der reibungslose Ablauf unterstützt, somit werden Wirtschaftlichkeit, Pünktlichkeit und Passagierkomfort erhöht.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Gunnar Johannsen
Dipl.-Ing. Vitalij Laubach

Förderung und Laufzeit

Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2006 - 2009

Auditive Anzeige zur Kollisionswarnung

Entwicklung einer auditiven Anzeige zur Kollisionswarnung auf einem sehr großen Nutzfahrzeug

Der Fahrer eines sehr großen Baufahrzeuges kann nicht sehen, welche Hinder­nisse sich hinter und teilweise auch seitlich von seinem Fahrzeug befinden. Er wird durch eine auditive Anzeige auf Hinder­nisse außerhalb seines Sichtbereiches aufmerksam gemacht. Der visuelle Fokus des Fahrers liegt vor dem Fahrzeug, die Hindernisse im Wesentlichen hinter dem oder seitlich des Fahrzeugs und außerhalb des Sichtbereichs. Eine auditive Anzeige ermöglicht es, eine Hinderniswarnung zu geben, ohne den visuellen Kontakt zur Arbeits­umgebung aufzugeben.

In diesem Projekt wurde eine auditive Anzeige entworfen und experimentell erprobt. Die auditive Anzeige er­mög­licht es dem Fahrer, Richtung und Dringlichkeit einer drohenden Kollision sowie Systemzustände wie Betriebs­bereitschaft oder Fehlfunktion zu erkennen. Der Entwurf erfolgte so, dass die Anzeige im Hintergrund­geräusch (Motor und Hydraulik) hörbar ist, angenehm klingt und die Vermittlung der Richtungs­information zulässt.

Der Richtungseindruck wird durch Pegeldifferenzstereofonie erzeugt, wobei jeweils zwei von vier seitlich und hinter dem Fahrer angebrachten Lautsprechern gleichzeitig angesteuert werden. Die geeignete Pegelverteilung zur Er­zeu­gung von positionierten Phantomschallquellen wurde experimentell ermittelt. Die Dringlichkeit wird durch ge­eig­neten Entwurf unterschiedlicher Anzeigeformen vermittelt.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys
cand.ing. Leif Carl
Dipl.-Ing. Gerd Strätz

Kooperationspartner

TEREX | O&K, Dortmund

Laufzeit

4 / 2006 - 12 / 2006 

Kooperativer Flughafenbetrieb

Das Ziel dieses von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG von 1997 bis 2002 mit Unterbrechungen geförderten Projekts war ein optimaler Ablauf des Flug- und Abfertigungsbetriebes auf einem modernen Verkehrs­flughafen unter der Randbedingung der Nutzung vorhandener Flughafenkapazitäten.

Eine optimale Abwicklung des Flug- und Abfertigungsbetriebs kann nur erreicht werden, wenn es gelingt, die Tätig­keiten aller am Flughafenbetrieb beteiligten Mitarbeiter und den Einsatz aller benötigten Ressourcen best­möglich aufeinander abzustimmen. Dies setzt neben einem umfassenden Datenaustausch sowohl geeignete Darstellungen der relevanten Informationen, als auch organisatorische und technische Möglichkeiten zur Kooperation zwischen der Vorfeldkontrolle, den Leitstellen zur Vergabe gebäudeseitiger Ressourcen und den Einsatzzentralen der Dienstleistungsunternehmen voraus. Darüber hinaus sind insbesondere bei sehr hohem Verkehrsaufkommen oder in Ausnahmesituationen Systeme zur Entscheidungsunterstützung und zur situationsabhängigen und benutzerorientierten Vorauswahl der darzustellenden Informationen erforderlich, um die mentale Beanspruchung der Einsatzleiter auf einem akzeptablen Niveau zu halten und eine stets optimale Abwicklung des Flugbetriebs zu gewährleisten.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Dipl.-Ing. Oliver Hengstenberg
Dr.-Ing. Thomas C. Gudehus
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gunnar Johannsen

Kooperationspartner

Flughafen Hamburg GmbH, Hamburg
Berliner Flughafen GmbH, Berlin-Tegel

Förderung und Laufzeit

Deutsche Forschungsgemeinschaft, 1997 - 2002 

Darstellung von Flugparametern in der visuellen Peripherie am Beispiel der Entwicklung von Hubschraubercockpits

Hubschrauber werden für Arbeitseinsätze verwendet, bei denen der visuelle Fokus des Piloten außerhalb des Cockpits liegt. Die Cockpitinstrumente, die gleichzeitig beobachtet werden müssen liegen damit in der visuellen Peripherie.

In dieser Arbeit wurde ein neuer Ansatz entwickelt, mit dem Systemparameter eines Hubschraubers im peripheren visuellen Feld dargestellt werden können. Dazu werden dynamische Komponenten verwendet. Es wird eine Größen- und eine Bewegungsmusterklassifikation vorgenommen. In Simulatorexperimenten wurde nachgewiesen, dass die Wahrnehmung von peripher angeordneten Informationen durch die neuartigen dynamischen Anzeigenkomponenten deutlich verbessert wird.

Aktive Berufspiloten wurden in die Gestaltung, Verfeinerung und Validierung des Anzeigenkonzeptes einbezogen. Auf Grund der Ergebnisse ist zu erwarten, dass die Diagnose von Fehlern im Cockpit von Hubschraubern erleichtert werden kann und die Verteilung der notwendigen Informationen auf das gesamte visuelle Feld ermöglicht wird.

Doktorand

Dr.-Ing. Jörg-O. Hartz, 1997

Online-Simulation: Ein Hilfsmittel zum Führen langsamer Prozesse

In dieser Arbeit untersuchte der Autor die Anwendung von Online-Simulationsmodellen bei der manuellen Regelung langsamer Strecken.

Die wesentlichen Ziele der Arbeit waren, den Übergang zwischen manueller und automatischer Prozessführung durch geeignete Unterstützungsfunktionen zu erleichtern und den Prozessbediener aktiver in die Prozessführung einzubinden.

Es ergeben sich durch die Implementierung eines Online-Simulationsmodells im wesentlichen zwei Unterstützungsfunktionen: Bei der manuellen Regelung hilft das Modell, Stelleingriffe durch Probieren am Modell quantitativ festzulegen, und es erlaubt ähnlich einem Trainingssimulator, in kurzer Zeit risikolos Erfahrungen mit dem Prozess zu sammeln. Im automatischen Betrieb liefert das Modell eine Vorausschau der Stelleingriffe und des Prozessverhaltens. Hierdurch wird die Automatisierung transparenter, dies erleichtert dem Bediener, das Verhalten des Reglers zu verstehen und sich gegebenenfalls manuell einzugreifen.

Als erstes Anwendungsbeispiel diente das Führen eines Heizkraftwerks. Hieran wurde demonstriert, wie man mit geringem Aufwand zu einem für den Bediener brauchbaren Simulationsmodell gelangt. Dieses wurde zusammen mit einer Kraftwerkssimulation implementiert und damit ein Laborexperiment durchgeführt, in dem angelernte Versuchspersonen Lasteinstellungsaufgaben lösten. Bei akzeptablem Zeitaufwand für das Erlernen ergaben sich eindeutige Verbesserungen der Regelungsgenauigkeit.

Schließlich wurde die Anwendung von Online-Modellen für das Manövrieren von Schiffen untersucht. Es wurden die Betriebsarten „Zeitraffersimulation“, „Modellinversion“ und „Automatikbetrieb“ implementiert. Auch hierbei ergaben sich nützliche Unterstützungsfunktionen, die bei ausreichend zur Verfügung stehender Rechenleistung in der Praxis realisierbar erscheinen.

Doktorand

Dr.-Ing. Christian Heßler, 1992

Neue Technologien im Cockpit

Future Air Traffic Control, New Systems, and Technologies Impacts on Cockpit (FANSTIC)
Future Air Traffic Management, New Systems, and Technologies Integration in Cockpit (FANSTIC II)

Die Hauptziele von FANSTIC waren die Erhöhung der Luftraumkapazität unter Beibehaltung oder Verbesserung des Sicherheitsniveaus, Optimierung der Arbeitsbelastung des Luftfahrzeugpersonals, Reduzierung der Betriebs­kosten und dadurch die Verbesserung der Position Europas im Wettbewerb der Luftfahrzeughersteller. Dies wurde durch die Zusammenarbeit von 19 Partnern aus Europa und eine Unterstützung des Projekts durch die EU von 7,6 Millionen ECU erreicht.

Das FANSTIC-Team in Kassel war in der Phase I verantwortlich für Aufgabenanalysen im Cockpit und Unter­suchungen zu Luftfahrzeugbediensystemen. In der Phase II leiteten wir die Human-Factors-Unteraufgabe (Sub­task 2.3), in welcher der Einfluss zukünftiger Technologien und Verfahren im Luftverkehrsmanagement (Air Traffic Management, ATM) untersucht wurde.

Es wurde erwartet, dass sich die Zahl der Flugbewegungen von 1988 bis zum Jahr 2000 verdoppelt und bis zum Jahre 2015 sogar vervierfacht haben wird. Schon damals waren die Kapazitätsgrenzen im europäischen Luftraum nahezu erreicht. Um trotz des erwarteten Zuwachses die Sicherheit, Regelmäßigkeit und Pünktlichkeit des Luft­verkehrs zu erhalten, mussten die Luftaufsichtsbehörden neue Betriebsverfahren einführen und die Ver­wendung neuer Technik vorschreiben. Luftverkehrskontrolle (ATC) wurde vom Luftverkehrsmanagement (ATM) abgelöst. Automatische Systeme waren in Vorbereitung, die den planmäßigen und konfliktfreien Verkehr führen. Minuten­genaue vertikale und laterale Flugplanung sowie ständiger Datenaustausch sollte Kon­flikte weitestgehend ver­meiden oder rechtzeitig vor­her­sagen. Die Fluglotsen können sich damit auf die Lösung der verbleibenden Konflikte konzentrieren. Trotz neuer Technologien musste aber der Mensch seine Schlüsselposition im Luftverkehr behalten und die letzte Verantwortung auch weiterhin beim Piloten bleiben, der durch automatisierte Systeme am Boden und in der Luft unterstützt wird.

In Unteraufgabe 2.3 von FANSTIC II wurden das Verhalten von Piloten und Lotsen sowie geänderte Aufgaben­verteilungen für diese zukünftige Situation untersucht. Koordiniert von unserem Labor arbeiteten wir mit Airbus Industries Training (F), Aérospatiale (F), dem Sowerby Research Centre der British Aerospace (UK), CENA (F), Daimler-Benz Aerospace Airbus (D), Fokker (NL) und NLR (NL) zusammen. Der in Zukunft geplante Daten­austausch zwischen Luft- und Bodensystemen ergab die Möglichkeit zu einer neuen Verteilung der Auf­gaben zwischen Piloten und Lotsen wie auch zwischen Menschen und automatisierten Systemen. Die Aus­wirkung unterschiedlicher Funktionsverteilungen zwischen Mensch und Maschine wurde in Experimenten in unserem Labor untersucht.

In einer anderen Unteraufgabe des Projekts wurde in unserem Labor das System ProDS (Procedural Display System) entwickelt. Es dient der Unterstützung von Piloten bei der Abarbeitung von Checklisten und zeichnet sich durch eine neuartige Darstellung und direkte Bearbeitung der Listenpunkte auf einem berührempfindlichen Bild­schirm aus.

Die FANSTIC-Projekte gelten auch heute noch als Meilenstein in der europäischen Luftfahrtforschung.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Gunnar Johannsen
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys
Dr.-Ing. Jörg-O. Hartz
Dipl.-Ing. Sunjay Dussoye
Dipl.-Ing. Markus Tiemann

Kooperationspartner

Von den 19 Partnern im Projekt arbeiteten direkt mit uns zusammen:

Airbus Industries Support and Training, Blagnac, Frankreich
Aérospatiale, Toulouse, Frankreich
British Aerospace Sowerby Research Centre, Großbritannien
Centre d'Études de la Navigation Aérienne (CENA), Toulouse und Orly, Frankreich
Daimler-Benz Aerospace Airbus, Hamburg
Fokker Aircraft BV, Oude Meer, Niederlande
Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR), Niederlande
VDO Luftfahrtgerätewerk, Frankfurt
Sextant Avionique, Saint Médard en Jalles, Frankreich
Smith Industries, Bishops Cleeve, Großbritannien
ALENIA Aeronautica, Pomigliane dell’Arco, Italien
CAPTEC, Dublin, Irland
Space Applications Services (SAS), Zaventem, Belgien

Förderung und Laufzeit

BRITE-Programm (Basic Research in Industrial Technologies in Europe) der Europäischen Union
FANSTIC 1990-1991
FANSTIC II 1993-1995

TAAndem: AAL-Weiterbildung im Tandem

Der demografische Wandel in Deutschland stellt die Gesellschaft schon heute vor große Heraus­forderungen. Zu den Konsequenzen des demografischen Wandels gehören die steigende Zahl von unterstützungsbedürftigen älteren Menschen und ein Mangel an qualifizierten Fachkräften im erwerbs­fähigen Alter. Als Lösungsansatz bietet sich die Entwicklung sogenannter Altersgerechter Assistenz­systeme für ein selbstbestimmtes Leben – kurz AAL – an. Diesem  Themenfeld widmet sich das Forschungsprojekt „TAAndem - AAL-Weiterbildung im Tandem“. Es geht in diesem Projekt darum, die Potenziale innovativer technischer Entwicklungen für altersgerechte Assistenz­systeme zu erschließen und in die Praxis zu überführen.

Dafür sollen Beschäftigte in unterschiedlichen AAL-Berufsfeldern im Rahmen von Weiter­bildungs­maßnahmen lernen, die neuen technischen Möglichkeiten so zu gestalten, anzubieten und einzusetzen, dass die tatsächlichen Bedürfnisse und Wünsche der zu unterstützenden Menschen volle Berücksichtigung finden. Beschäftigte mit medizinischen, pflegerischen und sozialen Berufskenntnissen (z.B. Pflegekräfte) sollen mit technisch qualifizierten Personen (z.B. Handwerkern) für die Bearbeitung praktischer Projekt­aufgaben zusammenkommen. Zudem sollen Verbindungen zur Universitätslehre und Hoch­schul­bildung und damit zu den zukünftigen Entwicklern von Assistenzsystemen geknüpft werden. Dabei soll der didaktische Ansatz des Tandemlernens aufgegriffen werden, bei dem Paare aus unterschiedlich qualifizierten Teilnehmern sich gegenseitig im Lernprozess anhand von konkreten Fallbeispielen unterstützen.

Beispielsweise können:

• eine Architektin und ein Physiotherapeut die Konfiguration und Einbauplanung eines Treppenlifts für eine gehbehinderte Seniorin vornehmen,

• ein Altenpfleger und ein Elektromeister die Ausrüstung von Fahrstühlen in einem Heim für Sehbehinderte planen,

• ein Pflegedienstleiter und ein Mechatronik-Student ein Hausnotruf- und Einsatzleitsystem konfigurieren,

• ein Berater einer Krankenversicherung und die Geschäftsführerin eines Medizinprodukteunternehmens eine Computertastatur für Parkinsonpatienten anpassen und
  

• eine Krankenschwester und eine Informatikerin ein sensorgesteuertes Informationssystem für Diabetiker entwickeln.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Laura Ackermann, M. Sc.
Melanie Heußner, M. A.
Dipl.-Psych. Julia Malinka

Kooperationspartner

Fachgebiet Wirtschaftsinformatik der Universität Kassel
INNIAS Institut für nachhaltige, innovative und angewandte Systemtechnik GmbH & Co. KG, Frankenberg/Eder
Kreishandwerkerschaft Waldeck-Frankenberg, Korbach
DAFZ Diakonisches Aus- und Fortbildungszentrum für Altenarbeit, Hofgeismar
Flobo Qualitätsmanagement Organisationsentwicklung, Hofgeismar

Förderung und Laufzeit

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) , 1 / 2012 - 12 / 2014

Weitere Informationen zum Projekt

www.taandem.de

EventWalker: Individualisierbarer Informationswegweiser für Großveranstaltungen und touristische Events unter Anwendung mobiler Endgeräte

In diesem Projekt wird eine internetbasierte Applikation für Smartphones entwickelt, die dem Besucher einer Großveranstaltung oder anderer touristischer Events eine Vielzahl von Informations- und Kommunikations­möglichkeiten bietet. Diese Applikation ist als ein intelligenter, praktischer Event-Begleiter zu verstehen, mit dem Veranstaltungsbesuche zu individuellen Erlebnissen werden können.

Der „EventWalker“ soll in einer ersten Version im documenta-Jahr zur Verfügung stehen. Eine verbesserte Version soll dann im Festjahr 2013 zu den 1100-Jahr-Feierlichkeiten der Stadt Kassel erhältlich sein. Die App zielt darauf ab, einheimische und auswärtige Besucher auf Basis ihrer individuellen Interessen dabei zu unterstützen, mit Hilfe von GPS Sehens­würdigkeiten zu finden und an Führungen, Informationsveranstaltungen oder Festakten teil­zunehmen. An spezifischen Veranstaltungsorten platzierte Barcodes sollen mit der Smartphone-Kamera gelesen werden können und so Zugang zu weiteren Details über Sehenswürdigkeiten oder zusätzlichen Dienstleistungen bieten. Der „EventWalker“ soll zum Beispiel folgende Fragen beantworten können: Wo gibt es die Möglichkeit prominente Persönlichkeiten zu sehen? Ist jemand aus meiner Heimat auf dieser Veranstaltung? Gibt es hier Personen mit ähnlichen Interessen, mit denen ich mich austauschen könnte? Insbesondere die sozial vernetzenden, kommunikativen Komponenten des „EventWalkers“ sind neuartig für diese Art von Applikation.

Das Fachgebiet Mensch-Maschine-Systemtechnik der Universität Kassel bringt seine Expertise in der gebrauchstauglichen Gestaltung von Mensch-Maschine-Systemen in das Projekt ein und nutzt es als konkretes Fall- und Umsetzungsbeispiel eines methodisch geleiteten benutzerorientierten Gestaltungs­prozesses. Dazu gehören Anforderungsanalysen, die Erstellung von Nutzungsszenarien, die ergonomische Gestaltung der Smartphone-Benutzungsschnittstelle und die prototypische Realisierung der Mensch-Maschine-Interaktion, um frühzeitig im Entwicklungsprozess ein Nutzerfeedback einholen zu können. In einer Evaluationsphase werden Usability Tests und Feldstudien durchgeführt. Der „EventWalker“ soll später kostenfrei über einen der sogenannten App-Stores erhältlich sein.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Romy Kniewel, M. F. A.

Kooperationspartner

Trout GmbH, Kassel
Kassel Marketing GmbH, Kassel

Förderung und Laufzeit

LOEWE - Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Land Hessen, 4 / 2011 - 8 / 2013

Aufbau eines Praktikums zur menschlichen Wahrnehmung in der Mensch-Maschine-Interaktion

Während der Neugestaltung der Vorlesungen Mensch-Maschine-Systeme und Arbeitswissenschaft hat sich ein unerwartet großes Interesse der Studierenden an den Inhalten und besonders an deren praktischer Vertiefung gezeigt. Dabei kommen Studierende aus verschiedenen Fachrichtungen mit sehr unterschiedlichen Voraussetzungen zusammen. 38% der Studierenden kommen nicht aus dem Fachbereich Maschinenbau.

Praktika und Labore für Studierende in technischen Fachrichtungen vermitteln üblicherweise den Umgang mit technischen Geräten und Methoden. Zwischen den Studierenden und der Welt, deren Eigenschaften sie kennen lernen sollen, stehen Messgeräte, deren abstrakte Werte abgelesen, aufgeschrieben und ausgewertet werden müssen. Das Erleben beschränkt sich auf die Aufnahme von Zahlenreihen und deren Darstellung in Kurven. Studierenden der Fachrichtungen Psychologie oder Produktdesign, die nicht einen ingenieurwissenschaftlichen Abschluss anstreben, liegt diese Form des Erlebens fern. Aber auch schon innerhalb der Studierendengruppe Maschinenbau sind beispielsweise die Mathematikkenntnisse sehr unterschiedlich. Mit dieser Heterogenität der Interessen und Vorkenntnisse soll hier geschickt umgegangen werden.

Dazu soll dieses Praktikum in einer Form erfolgen, dass nicht das Messen und Rechnen, sondern das Erfahren, Bewerten und Gestalten im Vordergrund stehen. Die hier angestrebte Form des Praktikums  ist in zweifacher Hinsicht ungewöhnlich. Zum Einen tritt das eigene Erleben an die Stelle des Messens und Auswertens. Zum Anderen wird die Heterogenität der Teilnehmendengruppe ausgenutzt, indem Gruppen nicht aus Freunden in der gleichen Studienrichtung, sondern gezielt aus Studierenden unterschiedlicher Fachrichtungen gebildet werden, die sich dann mit ihren Vorkenntnissen ergänzen.

Die Stationen des Praktikums beschäftigen sich mit der visuellen Wahrnehmung (Größe, Kontrast, Form von Anzeigen), auditiven Wahrnehmung (Lautstärke und Lautheitsempfindung, Tonhöhen- und Klangempfindung, Hörschwelle, Warnsignale) und der haptischen Wahrnehmung (Kraftempfindung an Bedienelementen, Steuerknüppel, Lenkrad, Kraftrückmeldung) sowie mit räumlichem Sehen und Richtungshören.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys

Förderung und Laufzeit

Programm Heterogenität der Universität Kassel, 3 / 2011 - 2 / 2012

Strudel: Studierendengerechte Literaturverwaltung 2.0

Für Studierende bedeutet die Erstellung umfangreicher selbstständiger Arbeiten einen hohen Aufwand. Insbesondere erweist sich die formal korrekte Verwendung von Literatur als schwierig. Dabei ist gerade das Auswerten von Literatur und die Handhabung von Quellen und Zitaten ein essentieller Bestandteil des selbstständigen Lernens.

Für sehr viel Literatur existiert bereits ein digitaler bibliografischer Datensatz in BibSonomy. Dieser lässt sich zur weiteren Verwendung in eine individuelle Literaturverwaltung (z.B. Citavi) importieren. Mit einem geeigneten Zitationsstil lässt sich dann aus diesem Datensatz sowohl das Zitat im Text als auch der Eintrag im Literaturverzeichnis erzeugen. Durch die komplizierte Benutzung von Bibsonomy wird diese Arbeitsweise von Studierenden kaum genutzt. Zusätzlich ist BibSonomy bei den Studierenden bisher kaum bekannt.

Im Rahmen dieses Projektes soll die Web-2.0-Anwendung BibSonomy durch Verbesserungen an der Gebrauchstauglichkeit der Benutzerschnittstellen und einem Konzept zur Unterstützung des eigenständigen Lernens von BibSonomy erarbeitet werden. Dadurch soll die Hürde zur Benutzung von BibSonomy für Studierende gesenkt werden und der Umgang mit umfangreichen Literatursammlungen vereinfacht werden.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Dipl.-Ing. Michael Domhardt

Kooperationspartner

Fachgebiet Wissensverarbeitung der Universität Kassel

Förderung und Laufzeit

e-Learning-Projektförderung der Universität Kassel, 1 / 2011 - 11 / 2011

StudAssist: Aufbau eines webbasierten Assistenzsystems zur Unterstützung der studentischen Betreuung

Treten bei Studierenden Fragen oder Probleme bezüglich ihres Studiums auf, stehen diesen unterschiedlichste Informationsquellen und Ansprechpartner zur Verfügung. Viele nutzen den persönlichen Kontakt zum Professor oder einem Mitarbeiter des Fachgebiets. Die Vielzahl an Quellen führt jedoch dazu, dass oftmals die falschen Mitarbeiter kontaktiert werden oder Fragen unvollständig oder unpräzise sind. Vorhandene Informationsangebote reichen teilweise nicht aus oder werden nur unzureichend genutzt. Es entsteht somit ein eigentlich vermeidbarer Beratungsaufwand.

Die Ursachen des Beratungsaufwandes sind zwischen den beiden beteiligten Fachgebieten unterschiedlich. Das Fachgebiet Mensch-Maschine-Systemtechnik betreut eine stark heterogene Gruppe Studierender, während sich das Fachgebiet Wirtschaftsinformatik um sehr viele Studierende in frühen Phasen des Studiums kümmert. Diese beiden unterschiedlichen Anwendungsfälle wurden untersucht, um die benötigten Anforderungen für ein web­­basiertes Assistenzsystem zu ermitteln. Das System sollte die Studierenden dabei unterstützen, Informationen selbständig zu erschließen und den richtigen Mitarbeiter mit vollständigen Fragen zu kontaktieren.

Im Rahmen des Projekts wurden die beiden unterschiedlichen Anwendungsfälle Heterogenität und große Veranstaltungen gezielt analysiert und dafür ein jeweils passendes webbasiertes Formularsystem geschaffen, dass die Studierenden bei der Frageformulierung anleitet, die notwendigen Daten abfragt und den passenden Mitarbeiter zuordnet. Die Integration und Anbindung des zu entwickelnden Systems in die vorhandene Infrastruktur der Uni Kassel (Typo3) wurde im Rahmen der Systemrealisierung anhand der eigenen Installationen erprobt.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Dipl.-Ing. Michael Domhardt                

Kooperationspartner

Fachgebiet Wirtschaftsinformatik der Unversität Kassel

Förderung und Laufzeit

e-Learning-Projektförderung der Universität Kassel, 1 / 2010 - 12 / 2010

Experimentiermodule für die Lehre

Aufbau von interaktiven Experimentiermodulen zur erfahrungsbasierten Vermittlung von Zusammenhängen in Mensch-Maschine-Systemen

Studierende sollen in Experimenten erfahren, wie menschliches Verhalten modelliert wird und wie man diese Modelle zur angemessenen Gestaltung von Mensch-Maschine-Systemen benutzt. Die Kenntnisse über Übertragungsfunktionen und Stabilität von manuell geregelten Systemen und über die Gestaltung von Anzeigen sollen vertieft werden.

Im Rahmen Projekts werden drei Module implementiert, die grundlegende, in Mensch-Maschine-Systemen auftretende kognitive und manuell-motorische Aufgaben umfassen:

• eine manuelle Regelung,
• der AGARD-Test und
• der Stroop-Test.

Die manuelle Regelungsaufgabe besteht aus Eingabegerät, Regelstrecke und Anzeige. Als Beispiel dient die Regelung der auf dem Bildschirm angezeigten Geschwindigkeit eines simulierten Flugzeuges durch Bedienen der Schubhebel mit der Tastatur. Unterschiedliche Regelstrecken entstehen dadurch, dass die Tastatureingaben direkt übernommen, einfach oder mehrfach integriert werden. Nach der Theorie ist ein stabiles Verhalten des aufgeschnittenen Regelkreises bei mehr als zweifacher Integration nicht mehr möglich oder wenn vom Menschen ein zu großer Vorhalt gebildet werden muss, es sei denn, er wird durch eine geeignete Voranzeige unterstützt. Als Leistungskriterium wird die quadratische Abweichung von der Sollgeschwindigkeit aufsummiert.

Im AGARD-Test wird die manuelle Regelung durch eine kognitive Aufgabe, den Sternberg-Test, ergänzt. In diesem Test erscheinen Zeichen auf dem Bildschirm, und es muss durch Tastendruck angegeben werden, ob die Zeichen aus einer vorher angegebenen Gruppe, dem Positiv-Set, stammen oder nicht. Als Leistungskriterium dienen Reaktionszeit und Fehlerrate. Nach der Theorie nimmt die Leistung mit dem Umfang des Positiv-Sets ab, und kognitive und manuelle Aufgabe beeinflussen sich gegenseitig.

Mit dem Stroop-Test kann gezeigt und vor allem auch selbst erfahren werden, dass hochautomatisierte kognitive Prozesse (wie das Lesen des in schwarz geschriebenen Wortes GELB) nicht unterdrückt werden können und andere Aufgaben (wie das Benennen der Farbe Schwarz, in welcher das Wort geschrieben ist) behindern.

Diese drei Aufgaben werden in getrennten Flash-Animationen in Interaktion, Berechnung und visueller und auditiver Anzeige implementiert.

Für jedes Experimentiermodul wird außerdem ein Rahmen ergänzt, der die aus der Vorlesung bekannte Theorie wiederholt. Dann kann die entsprechende Aufgabe ausgeführt werden und dabei die Randbedingungen variiert werden (Regelstrecke, Anzeige / Voranzeige, Größe des Positiv-Sets). Die Leistungskriterien werden dabei anonym in einer 'Liste der Besten' abgespeichert und können mit den Ergebnissen anderer Studierender verglichen werden. Dadurch wird erreicht, dass die Studierenden sich länger und intensiver mit der Aufgabe beschäftigen. Zum Schluss erfolgt eine Zusammenfassung der gewünschten Erkenntnisse und eine Abmoderation.

Wir erwarten, dass die intensive Beschäftigung mit diesen Fragestellungen und vor allem das ungezwungene Selbst-Erleben das Verständnis für die in Mensch-Maschine-Systemen ablaufenden Vorgänge verbessert. Nach Projektabschluss ist an eine Weiterentwicklung mit anderen Demonstrationen aus der Mensch-Maschine-Interaktion, aber auch aus der System- und Regelungstechnik angestrebt.

Am Projekt beteiligter Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Dr.-Ing. Bernd-Burkhard Borys 

Förderung und Laufzeit

e-Learning-Projektförderung der Universität Kassel, 11 / 2008 - 10 / 2009

Qualitätssichernde kriterienbasierte Evaluation von multimedialen Lernsystemen in der universitären Maschinenbaulehre

Innovative Lerntechnologien im Bildungsbereich, bekannt unter den Schlagworten Neue Medien oder eLearning, sollen ein individuelles, interaktives, kooperatives, interdisziplinäres und globales Lernen ermöglichen. Ziel von multimedialen Lernsystemen ist die Schaffung attraktiver Lernbedingungen. Die herausragenden Vorteile des computergestützten Lernens sind die Orts- und Zeitunabhängigkeit.

Der Erfolg von Lernsystemen ist unmittelbar an die Qualität des Lernsystems zur Erfüllung einer Lernaufgabe gekoppelt. Qualitätsbetrachtungen dürfen sich nicht nur auf die Lerntechnologie beschränken, sondern müssen den Menschen und seine Lernumgebung berücksichtigen. Die systematische, formative Qualitätssicherung von Lernsystemen wird in der Praxis häufig vernachlässig oder mit fragwürdigen Methoden durchgeführt. Dies kann zu unausgereiften Lernsystemen und zu allgemeiner Ablehnung von multimedialen Lernsystemen führen.

Die ganzheitliche Qualitätssicherung von Lernsystemen in der universitären Maschinenbaulehre ist das Anliegen der LernSystemAnalyse LSA. Entwicklern, Evaluatoren und Lehrenden soll eine kriterienbasierte Evaluationsmethodik zu Verfügung stehen, welche sie durch eine integrierte Informationsbasis bei der Lernsystemauswahl, -entwicklung und Qualitätssicherung unterstützt.

Doktorand

Dr.-Ing. Ingo Wagner, 2006

Planspiel-Autorensystem

Entwicklung eines Web-basierten Autorensystems zur Modellbildung für Planspiele

Am Projekt beteiligter Wissenschaftler

Dr.-Ing. Ingo Wagner

Kooperationspartner

Medienzentrum Kassel

Förderung und Laufzeit

Hessisches Kultusministerium, 4 / 2006 - 12 / 2006

Planspiel Magnetschwebebahn

Entwicklung des Software-gestützten Planspiels Magnetschwebebahn

Ziel des Planspiels ist, dass die Studierenden die in der Vorlesung Systemtechnik erlernten Methoden im Team praktisch anwenden können. Mit dem Planspiel soll demonstriert werden, wie durch diese Methoden, exemplarisch bezogen auf ein Magnetschwebebahn-System, das Systemverständnis gefördert werden kann. Der Einbezug eines Planspiels entspricht somit der Theorie des Konstruktivismus und dessen Konkretisierung im Ansatz des situierten Lernens.

Die Planspielmethode fungiert als eine Art Zeitraffer, um die vier Phasen des Lernens in einem zeitlich überschaubaren Rahmen zu ermöglichen.

An dem im Planspiel behandelten Beispiel eines vernetzten Systems soll erfahren werden, wie die Zusammenhänge innerhalb des Gesamtsystems aufgespürt und für die Zielerreichung genutzt werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, soll in der Systemtechnik-Übung eine Modellbildung des betrachteten Systems erfolgen, die im Planspiel überprüft wird. Die Modellbildung beinhaltet eine vereinfachte Abbildung von Funktionen des realen Systems. Durch diese Funktionen, die zumeist einem algorithmischen Modell entsprechen, wird das System erlebbar und das Modell spielbar.

Im Planspiel bilden mehrere Studierende ein Team und beeinflussen mit ihren Entscheidungen gemeinsam den Ablauf. Da das Planspiel didaktisch in die Übung eingebunden und von einem Dozenten gelenkt wird, der sukzessiv bestimmte Themen fokussiert und diskutiert, wird erwartet, dass folgende Lerneffekte entstehen:

• Erhöhung kognitiver Fähigkeiten 
• Ausbau sozialer Fähigkeiten 
• Entwicklung intrinsischer Fähigkeiten

Am Projekt beteiligter Wissenschaftler

Dr.-Ing. Ingo Wagner

Förderung und Laufzeit

e-Learning-Projektförderung der Universität Kassel, 7 / 2002 - 6 / 2003

Mentale Modelle komplexer Prozesse : Möglichkeiten zur Qualifikationsförderung und -erhaltung in Prozessleitwarten durch Simulation und Hypertext-Handbücher

Die Arbeitsbedingungen in der Industrie haben sich aufgrund schnell voranschreitender Technisierung und der Einführung von Computertechnologien dramatisch verändert. Der Fortschritt in der qualitativen und quantitativen Effizienz industrieller Prozesse erhöht auch die Anforderungen an den und die Verantwortung des einzelnen Mitarbeiters.

Diese Arbeit identifiziert die leistungsbestimmenden Bestandteile des Wissens von Prozessbedienern. Deren Basis sind die mentalen Modelle, die sich Menschen über einen komplexen Prozess bilden. Solche Modelle ermöglichen die mentale Simulation von Situationen und Eingriffen und sind damit die Grundlage für eine erfolgreiche Prozesssteuerung.

Zur Überprüfung der Vermittlung mentaler Modelle wurde ein System entwickelt, dass eine Prozesssimulation mit drei verschiedenen Benutzungsoberflächen und einem Hilfesystem verknüpft. Mit diesem System war es möglich, verschiedene Einflussgrößen auf die Bildung mentaler Modelle beim Erlernen des simulierten Systems zu erfassen.

Doktorand

Dr. rer. pol. Dipl.-Psych. Jens Heuer, 2002

Elektronische Handbücher zur Unterstützung der wissensbasierten Fehlerdiagnose

Das Hauptziel dieses Promotionssprojekts war es, ein diagnostisches Expertensystem mit einem Fehlersuch-Handbuch zu kombinieren. Ein Pfadfinder-Modul bringt die Hypothesen, die mit dem Diagnostikmodul erzeugt wurden, in den Kontext problembezogenen Wissens, so dass die menschlichen Operateure die vorgeschlagenen Lösungen besser prüfen können. Dies ergibt eine sehr flexible Mensch-Maschine-Kooperation. Der Ansatz wurde verwendet, um das Fehlermanagement für das "Volkswagen Digifant" Motormanagementsystem und einen Wechselrichter für Photovoltaik-Anlagen zu unterstützen.

Doktorand

Dr.-Ing. Martin Hollender, 1995