HCD-AV
Human Centred Design in Aviation AV18a FS 2020
Human Centred Design in Aviation AV18a FS 2020
maximaler Automisierungsgrad
\(AG_{max} = ?\)
\(AG_{max}=\frac{(F_{gesamt}-F_{manuell, permanent})}{F_{gesamt}}\)
02 Entwicklungszyklus für interaktive Systeme
Begriff Ergonomie
- Die Ergonomie ist die Wissenschaft von der Gesetzmäßigkeit menschlicher Arbeit.
- ergon (Arbeit, Werk) und nomos (Gesetz, Regel)
- Anpassung der Arbeit, der Arbeitsumgebung und der Arbeitsmittel an die Eigenschaften des Menschen
- Begriffe Ergonomie, Mensch-Maschine-Interaktion (Human-Machine-Interaction) und Mensch-Rechner-Interaktion (Human-Computer-Interaction) umgangssprachlich synonym verwendet
Eigenschaften des visuellen Systems
- Hohe Empfindlichkeit für Bewegungen/Veränderungen im peripheren Gesichtsfeld
- Operateur entscheidet über Wahrnehmungszeitpunkt
- Grosse Anzahl unterscheidbarer Symbole --> Viele Infos können dargestellt werden (Symbole, Piktogramme, Schrift etc.)
- grafische und text Infos
- Reaktionszeit: 200-400 ms
- eng begrenztes Feld scharfen Sehens
- Infos können übersehen werden
Prinzip, Kategorie
Bewegungskompatibilität, Verarbeitung und Mentale Modelle
Bewegungskonform
- gleichartig (rotatorisch oder translatorisch)
- gleich gerichtet
- in der selben Ebene
Bewegungs-Effekt-Stereotypen und fertigkeitsbasierte Reaktionen auf plötzliche Ereignisse der jeweiligen Nutzerpopulation müssen beachtet werden
Interpretierbarkeit
Bezugssysteme
Atitude Indicator
Earth-fixed
- UdSSR
- outside in
- Flugzeig bewegt sich
Aircraft-fixed
- Westliche Welt
- inside out
- Horizont bewegt sich
Inside out, outside in nicht mit egozentrisch, exozentrisch gleichsetzen --> kann man beliebig kombinieren
Bedienelemente
Definition
- Bedienelemente (Steuerelemente) sind alle Bedien- und Stellteile mit denen der Mensch haltend, verstellend, steuernd oder regelnd auf Arbeitssystem einwirkt
Labor-Experimente
- studieren das Verhalten von Probanden (Operateuren) in einer künstlichen Laborumgebung
- Versuchsaufgabe ist vorgegeben
- Bsp: Experimente im Flugsimulator
Prinzip, Kategorie
Konsistenz, Gedächtnis
Ergonomie Begriffe Englisch
Arbeits- und Organisationslehre
Produktionsergonomie
Macro Ergonomics
Regelung vs. Steuerung
Das wesentliche Element der Regelung ist die Rückführung der Regelgrösse,
die zu einem geschlossenen Wirkungsablauf führt
--> Regelgrösse wird gemessen
ungerichtete Hypothesen
- zweiseitige Hypothesen
- egal ob nach oben oder unten (z.B. grösser oder kleiner, lansamer oder schneller etc.)
Piktogramm
- Bildzeichen
- Symbol, welches vereinfachte grafische Darstellung vermittelt
Auditive, Akustische Anzeige
Besonderheiten
- werden hauptsächlich zur Übertragung von Warn- und Alarmsignalen eingesetzt
- Alarmieren Operateur schnell und unabhängig von seiner Blickrichtung
- können bei Müdigkeit und Nebentätigkeiten nicht ausgeblendet werden
Fragebogengestaltung
Antwortvorgaben
offen
- keine Antwortalternativen vorgegeben
- liefern eventuell wichtige Informationen, die bei der geschlossenen Antwortvorgabe nicht berücksichtigt wurden
- Hoher Aufwand bei der Auswertung
- statistischen Analysemöglichkeiten begrenzt
--> goldener Mittelweg
Informationskodierungen
- Analoge Kodierung --> stufenlose Abbildung
- Digitale Kodierung --> diskrete, abgestufte Abbildung
- symbolisch genaue Kodierung --> reale Abbildung z.B. Papierkorb-Icon
- abstrakte Kodierung
Beanspruchungsmessung
- Workload ist ein Mass für die Beanspruchung des Menschen bei der Aufgabenerfüllung
Gestaltgesetze
Gesetz der guten Gestalt
Systematik der ergonomischen Qualitätsprüfung
Physische Ergonomie
Anpassung der Arbeit, der Arbeitsumgebung und der Arbeitsmittel an die physischen Eigenschaften des Menschen (Anatomie,
Anthropometrie, Physiologie und Biomechanik).
03 Entwicklungszyklus für interaktive Systeme
- Produktidee
- Prototyp(en)
- Produkt
Fertigkeitsbasiertes Handeln
- Neben Genauigkeit vorallem Geschwindigkeit entscheidend
- Leistungsmass ist Reaktionszeit auf ein wahrgenommenes Signal
01 Entwicklungszyklus für interaktive Systeme
- sehr abstrakt
Bewegungskompatibel
- gleich gerichtet und gleichartig aber nicht in der selben Ebene
- gleich gerichtet in selber Ebene aber nicht gleichartig
Bewegungs-Effekt-Stereotypen und fertigkeitsbasierte Reaktionen auf plötzliche Ereignisse der jeweiligen Nutzerpopulation müssen beachtet werden
Anzeigemodalitäten
Sinnesmodalitäten
- visuell (sehen)
- auditiv (hören)
- haptisch (fühlen, tasten)
- olfaktorisch (riechen)
- gustatorisch (schmecken)
- vestibulär (Gleichgewicht)
- Thermozeption (Temperatur)
- Nozizeption (Schmerz)
- Propriozeption (Tiefensensibilität)
- Intuition
Unterscheidbarkeit
Sehschärfe
G
13 Prinzipien der Anzeigegestaltung
6. Bewegungskompatibilität
Verarbeitung und Mentale Modelle
- Dynamische Displaydarstellung sollte Mentalem Modell des Benutzers entsprechen
massgebende Elemente des Systemdenkens
- Definition zweckmässiger Systemgrenzen
- Ermittlung der Eingangssignale
--> Ideale Signale, Umweltgrössen, welche System beeinflussen, nicht umgekehrt - Ermittlung der Ausgangssignale
--> Ideale Signale, Zustandsgrössen, die in der Realität gemessen werden können bzw. als Eingangssignale auf andere Systeme einwirken - Ideales Signalverhalten
- Prinzip der Rückwirkungsfreiheit
Kennzeichen Signal
- Übertragung regeluntstechnischer Grösse (verändert sich zeitlich, z.B. physikalische Grösse)
- gerichtet und rückwirkungsfrei
NASA Task Load Index 1
(NASA TLX)
Regelkreis Autopilot
Signalsummierung
Sicherheitskritische Mensch-Maschine-Systeme
A safety-critical system or life-critical system is a system whose failure or malfunction may result in:
- death or serious injury to people, or
- loss or severe damage to equipment, or
- environmental harm
z.B. Kernkraftwerk, Medizintechnik, Aviatik (Verkehrssysteme)
Auswahl der relevanten anthropometrischen Daten (Vorgehen)
- Bestimmung Nutzerpopulation (z.B. Piloten FA18)
- Bestimmung relevante Körpermasse
- Bestimmung relevanter Anteil Population
- Bestimmung Perzentilbereich
- Anpassung Design an anthropometrische Tabellen (z.B. Schutzanzug, Helm etc.)
2 Leistungsmasse des Handelns
- Regelbasiertes und wissensbasiertes Handeln
- Fertigkeitsbasiertes Handeln
13 Prinzipien der Anzeigegestaltung
8. Minimierung des Zugangsaufwandes
Aufmerksamkeit
- Minimierung von Arbeits- und Zeitaufwand um für Aufgabe relevante Infos wahrzunehmen
Anzeigen für die manuelle Regelung: Voranzeige
- Prädiktor, Prädiktion
- bilden künftigen Verlauf des Systemverhaltens ab
- Extrapolation, Modelle
Design Assurance Levels (DAL)
-
- 1 / 172
-
Cartes-fiches
Prinzip, Kategorie
Vorhersagen unterstützen, Gedächtnis
Optimaler Automatisierungsgrad
- Vermeidung von Über- und Unterforderung des Menschen
- kohärente Arbeitsstrukturen müssen erhalten bleiben
- Operateur soll Verständnis über Gesamtsystem beibehalten
- Arbeiten welche für mentales Modell notwendig sind, sollen nicht automatisiert werden
- Ganzheitlichkeit --> Aufgabe im Gesamtkontext muss erkennbar sein
- Durchschaubarkeit --> Handlungen der Automatik soll nachvollziehbar sein
- Rückmeldungen --> Ergebnisrückmeldung der Automatik
idealisierte Modellbildung
ermöglicht es, die dynamischen Eigenschaften jedes (Teil-)Systems isoliert zu analysieren.
Durch die Verknüpfung von Teilsystemen zu einem Gesamtsystem lassen sich so beliebig komplexe Strukturen modellieren
minimaler Automisierungsgrad
\(AG_{min} = ?\)
\(AG_{min}=\frac{F_{auto, permanent}}{F_{gesamt}}\)
Unterscheidbarkeit
Schrifthöhe
Gebrauchssehschärfe
- 3 Bogenminuten --> 3/60° --> alpha = 3 --> Definition Sehschärfe = 1/alpha --> 1/3 S --> 2 z.B Pixel müssen mindestens 3 Bogenminuten ausseinander liegen, um erkannt zu werden
Buchstabe E
- 5 kritische Details --> 5*3 = 15 Bogenminuten --> Empfohlen aber 24 Bogenminuten
Kodierung von Bedienelementen
Farbkodierung
- Altagserfahrung/Konventionen nutzen --> Rot, Gefahr, Aus
- Farbe als Primärkodierung nur mit Eigenbeleuchtung
- Bedienelement und Anzeige sollen gleiche Farbe haben --> Reiz-Reaktions-Kompatibilität
- Konsistenz: gleiche Farbe, gleiche Bedeutung
- 4 bis 5 verschiedene Farben verwenden
Haptische Anzeigen
- Haptische Displays werden als Unterstützung bei Bedienaufgaben bei hoher visueller Belastung eingesetzt
- Haptische Displays werden häufig im Zusammenhang mit Bedienelementen genutzt (aktive Bedienelemente)
Übertragungsglied
- Übertragungsglied oder -system mit Eingangs- und Ausgangssignalen
- stellt dynamische Zusammenhänge dar
Beispiele:
- Differenzialgleichungen
- Systemantwort auf sprungförmiges Eingangssignal
- Übertragungsfunktion
- mathematische Operatoren
Double Diamond
13 Prinzipien der Anzeigegestaltung
10. Multiple Sinneskanäle
Aufmerksamkeit
- Multimodale Anzeige bei vielen, wichtigen Infos auf verschiedene Sinneskanäle
13 Prinzipien der Anzeigegestaltung
1. Grenze des absoluten Urteils
Sensorische Verarbeitung und Wahrnehmung
- Nicht zu viele Reize anbieten
- nicht mehr als 5-7 Ausprägungen
- giltet für alle Sinneswahrnehmungen
- Beispiel Farbkodierung: Jede Farbe hat eine Bedeutung --> nicht mehr als 5-7 Farben
Kodierung von Bedienelementen
Haptische Anzeigen
Eigenschaften haptisches System
- Reaktionszeit: 80-150 ms
- Einzige Modalität zur Erfassung mechanischer Objekteigenschaften
- Nur Infos mit geringer Komplexität übermittelbar
- Körperkontakt nötig
Automatisierung
Beispiele Luftfahrt
- Autopilot
- Autothrottle
- Autoland
- Digital Flight Control System (DFCS) --> Fly-by-Wire
13 Prinzipien der Anzeigegestaltung
13. Konsistenz
Gedächtnis
- Kontextspezifische Konventionen, Standards, Richtlinien
- Wiederfinden in bekannten Systemen
13 Prinzipien der Anzeigegestaltung
11. Vorhersagen unterstützen
Gedächtnis
- Menschen können Trend nicht gut vorhersagen (Prädiktor) --> schwere kognitive Aufgabe
- Prädiktoren verwenden, welche aktuelle Situation ergänzen --> künftiger Systemzustand
Manuelle Eingabe von Ziffern
unterschiedliche Anordnungen von numerischen Tastenfeldern
- Lineare Anordnung (a) --> langsamsten, grosse MT
- Rechner-Layout (7-8-9) (b) --> kleine MT
- Telefon-Layout (1-2-3) (c) --> kleine MT
- Guidelines empfehlen Telefon-Layout
Auditive, Akustische Anzeigen
Optionen im Design
- Wahl zwischen Sprache oder Tönen (komplex vs einfach)
- Synthetische oder natürliche Sprache (besser natürlich --> Verständlichkeit)
- Sprechtempo (ca. 120-180 Wörter pro Minute)
- Stimmlage (Frauen werden besser verstanden)
- Umgebungslärm (Signal sollte 15 db lauter sein)
Funktionsmengen
Symbol
- Zeichen, dessen Beziehung zu seinem Objekt willkürlich ist
Alternativhypothese
H1
- Menge der alternativen Annahmen bezüglich der Nullhypothese
- Null- und Alternativhypothese dürfen sich nicht überschneiden
- pro Hypothese nur 1 abhängige Variable
Subjektive Rating-Skalen zur Messung von Workload
- eindimensionale Skala (RSME-Skala)
- mehrstufige Skala (Cooper-Harper Skala)
- mehrdimensionale Skala (NASA TLX, SWAT)
Ergonomie - Ganzheitlicher Ansatz
Beispiele von Reglern
- Klimaanlagen --> Konstanthalten der gewünschten Temperatur
- Autopilot --> Halten von Kurs, Flughöhe und Geschwindigkeit
- Pupille des Auges --> Regelung der Lichtintensität auf der Netzhaut
- Populationsdynamische und marktwirtschaftliche Prozesse
Ergonomie Begriffe Englisch
Arbeitswissenschaft
Ergonomics
Ergonomische Produktqualität
Gebrauchstauchlichkeit (Usability)
Effektivität: Genauigkeit und Vollständigkeit mit der Benutzer ein bestimmtes Ziel erreicht
--> absolut, jedes System lässt sich einzeln untersuchen
Effizienz: Kostenbezogene Effektivität, Verhältnis zur erzielten Genauigkeit und Vollständigkeit erzielten Aufwand mit dem Benutzer ein bestimmtes Ziel erreichen
--> Vergleich zwischen verschiedenen Systemen
Zufriedenheit: Beeinträchtigungsfreiheit und Akzeptanz der Nutzung
Prinzip, Kategorie
Grenze des absoluten Urteils, Sensorische Verarbeitung und Wahrnehmung
Grundidee des Systemdenkens
für die Aufgabenstellung massgebenden Elemente von ihrer Umwelt so abzugrenzen, dass sie modellhaft isoliert betrachtet werden können
Bedienelemente
Aviatik Beispiele 1
Icon
Piktogramm oder Symbol, dient als Schaltfläche (z.B. für ein Programm) --> Oft mit Label versehen
Prinzip, Kategorie
Redundante Verstärkung, Sensorische Verarbeitung und Wahrnehmung
Vorteile Voranzeige und Quickening
- mentale Entlastung
- höhere Regelgüte
- kürzere Lernzeiten
maximaler Automisierungsgrad
\(AG_{max} = ?\)
\(AG_{max}=\frac{(F_{gesamt}-F_{manuell, permanent})}{F_{gesamt}}\)
02 Entwicklungszyklus für interaktive Systeme
Begriff Ergonomie
- Die Ergonomie ist die Wissenschaft von der Gesetzmäßigkeit menschlicher Arbeit.
- ergon (Arbeit, Werk) und nomos (Gesetz, Regel)
- Anpassung der Arbeit, der Arbeitsumgebung und der Arbeitsmittel an die Eigenschaften des Menschen
- Begriffe Ergonomie, Mensch-Maschine-Interaktion (Human-Machine-Interaction) und Mensch-Rechner-Interaktion (Human-Computer-Interaction) umgangssprachlich synonym verwendet
Eigenschaften des visuellen Systems
- Hohe Empfindlichkeit für Bewegungen/Veränderungen im peripheren Gesichtsfeld
- Operateur entscheidet über Wahrnehmungszeitpunkt
- Grosse Anzahl unterscheidbarer Symbole --> Viele Infos können dargestellt werden (Symbole, Piktogramme, Schrift etc.)
- grafische und text Infos
- Reaktionszeit: 200-400 ms
- eng begrenztes Feld scharfen Sehens
- Infos können übersehen werden
Prinzip, Kategorie
Bewegungskompatibilität, Verarbeitung und Mentale Modelle
Bewegungskonform
- gleichartig (rotatorisch oder translatorisch)
- gleich gerichtet
- in der selben Ebene
Bewegungs-Effekt-Stereotypen und fertigkeitsbasierte Reaktionen auf plötzliche Ereignisse der jeweiligen Nutzerpopulation müssen beachtet werden
Interpretierbarkeit
Bezugssysteme
Atitude Indicator
Earth-fixed
- UdSSR
- outside in
- Flugzeig bewegt sich
Aircraft-fixed
- Westliche Welt
- inside out
- Horizont bewegt sich
Inside out, outside in nicht mit egozentrisch, exozentrisch gleichsetzen --> kann man beliebig kombinieren
Bedienelemente
Definition
- Bedienelemente (Steuerelemente) sind alle Bedien- und Stellteile mit denen der Mensch haltend, verstellend, steuernd oder regelnd auf Arbeitssystem einwirkt
