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)
-
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-
Cartes-fiches
13 Prinzipien der Anzeigegestaltung
2. Top-Down-Verarbeitung
Sensorische Verarbeitung und Wahrnehmung
- Wahrnehmung ist von Erfahrung und Kontextwissen abhängig
- Wird dementsprechend interpretiert
- Kontext und Erfahrung des Operateurs beachten
Definition Regelung
Das Regeln, die Regelung, ist ein Vorgang, bei dem fortlaufend eine Grösse, die Regelgröße (zu regelnde Grösse), erfasst, mit einer anderen Grösse, der Führungsgrösse (Sollgrösse), verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgrösse beeinflusst wird.
Prinzip, Kategorie
Minimierung des Zugangsaufwandes, Aufmerksamkeit
Blockschaltbild
- Zusammenwirken der einzelnen Übertragungsglieder und damit der einzelnen Eingangs- und Ausgangssignale in einem System wird in der Regel durch ein Blockschaltbild beschrieben
Kodierung von Bedienelementen
Formkodierung
- Konsistenz --> gleiche Funktion, gleicher Formcode
- Form soll Funktion vermitteln
- Formen sollen leicht unterscheidbar sein --> visuell und taktil
- Verletzungsgefahr vermeiden
Maschinelles Lernen, machine learning
- Maschinen sollen in Zukunft selbstständig lernen --> es entsteht künstliche Intelligenz (KI)
- Zertifizierungsproblem: Verhalten sicherheitskritischer Systeme muss beschreib- und vorhersehbar sein
- Nur Anfangszustand ist beschreibbbar
- Ansatz: z.B. Flugprüfung wie bei Mensch für KI-System
- Statt human error, artificial intelligence error
NASA Task Load Index 2
(NASA TLX)
Der Mensch im Regelkreis
variabler Anteil:
- Vorhalt
- Verzögerung
unveränderlicher Anteil:
- Neuromuskuläre Verzögerung
- Reaktionszeit (Totzeit)
Manueller Regelkreis
- Autopilot wird durch Mensch ersetzt
unabhängige Variable
- unbeeinflusst
- beeinflussen abhängige Variable
- Beispiele
- Symbolgrösse
- Symbolfarbe
- Schriftgrösse
- Kontrast
Closed-Loop-Prinzip im Multicrew-Cockpit
Gestaltung von Experimenten
Abauf
- Überprüfung von Kausalzusammenhängen
- Einfluss von unabhängigen auf abhängige Variablen (zu messende) wird untersucht
- Fragestellung --> relevante unabhängige und abhängige Variablen bestimmen
- Hypothesenbildung --> Nullhypothese H0 und Alternativhypothese H1
- Durchführung des Experiments
- Statistische Auswertung --> Annahme oder Ablehnung der Nullhypothese H0
w
Perzentil
Perzentile bei einem Mass sagen aus, wieviel der untersuchten Population (Bevölkerungsgruppe) einen bestimmten Messwert überschreiten und wieviele ihn unterschreiten
Zulassung sicherheitskritische Mensch-Maschine-Systeme
- Zulassungsvorschriften (Regulations) müssen erfüllt sein
- Zulassung durch Behörde
Teilgebiete der Ergonomie
- Physische Ergonomie
- Kognitive Ergonomie oder Systemergonomie
- Organisationsergonomie:
Kriterien Gebrauchstaulichkeit (Usability)
- Zufriedenheit
- Effektivität
- Effizienz
Entwicklung sicherheitskritischer Systeme
V-Modell
V-Modell funktioniert im Mensch-Maschine-Kontext nicht
--> Deshalb DIN-Norm, Spiral model, Double-Diamond-Modell
Prinzipien der Anzeigegestaltung
4 Gruppen
- Sensorische Verarbeitung und Wahrnehmung
- Verarbeitung und Mentale Modelle
- Aufmerksamkeit
- Gedächtnis
Regelbasiertes und wissensbasiertes Handeln
- Entscheidungsfindung und Diagnose bilden wichtigste Verarbeitungsprozesse
- Leistungsmerkmal ist Genauigkeit der Handlung
gerichtete Hypothesen
- einseitige Hypothesen
- bestimmte Richtung (grösser, kleiner, schneller, langsamer etc.)
- bessere Wahl wegen höherer Informationskraft
Ergonomie und Mensch-Maschine-System
Ziel: Maschine und die Mensch-Maschine-Interaktion an den Menschen anzupassen und nicht umgekehrt
(Human Centred Design).
Haptische Anzeigen
Beispiele
Fahrzeug
- Aktives Gaspedal (Abstandswarnung)
- Aktives Lenkrad (Spurhalteassistent)
Flugzeug
- Stickshaker (Überziehwarnung)
Büro
- Braille-Terminal (Blindenschrift)
Verzweigung
Prinzip, Kategorie
Nähe und Kompatibilität, Aufmerksamkeit
x
Anzeige/Display
strukturierte und absichtsvolle Präsentation von Systeminformationen an die verschiedenen Sinne des Menschen
Automatisierungsgrad
\(AG = ?\)
\(AG=\frac{(F_{auto, permanent}+F_{auto, optional})}{F_{gesamt}}\)
Ergonomie Begriffe Englisch
Ergonomie
Anthropotechnik
Produktergonomie
- Ergonomics
- Micro Ergonomics
- Human Factors Engineering
- Human Centred Design
Manuelle Dateneingabe
Cockpit A380
PID-Regler
- Proportionaler Anteil: „Je größer die Regelabweichung, umso grösser muss die Stellgröße sein“
- Integraler Anteil: „Solange eine Regelabweichung vorliegt, muss die Stellgröße verändert werden“
- Differentieller Anteil: „Je stärker sich die Regelabweichung verändert, umso stärker muss die Regelung eingreifen“
13 Prinzipien der Anzeigegestaltung
9. Nähe und Kompatibilität
Aufmerksamkeit
- Sinnvolle Anordnung unterschiedlicher Infos, welche zusammengesetzt werden müssen
- Zusammengehörige Infos zusammen darstellen
Feldforschung
- studiert das Verhalten von Nutzern (Operateuren) in ihrer realen Arbeitsumgebung
- keine Versuchsaufgabe
- Bsp: Begleitung von Piloten im normalen Flugbetrieb
Prinzip, Kategorie
Replikation der Umwelt, Verarbeitung und Mentale Modelle
Fragebogengestaltung
Antwortvorgaben
- Geschlossene Antwortvorgaben: Antwortalternativen vorgegeben
- Ja/Nein-Vorgaben
- Antworten mit Abstufungen
- maximal 5 bis 7 Abstufungen verwenden
- Vorsicht bei mittlerer Antwortkategorie
- verbale Anker setzen
- bei Nummerierung: negative Zahlen werden weniger gewählt
Allgemeine Produktqualität
- Zuverlässige Systemleistung
- Ökonomie
- Ökologie/Nachhaltigkeit
- Gebrauchstauglichkeit
- Ästhetik/Sinnlichkeit
- Corporate Design
Sicherheitskritische Mensch-Maschine-Systeme:
Systemleistung und Gebrauchstauglichkeit oberste Prio --> Form follows function
Anzeigemodalitäten
Physikalische Reize
Technisch: Welche physikalischen Reize werden in Anzeige dargestellt werden
- optische Displays
- akustische Displays
- haptische Displays
Belastungs-Beanspruchungskonzept
Kodierung von Bedienelementen
Grössenkodierung
- höchstens 3 Grössenstufen, max. 5 bei Bedienhandlungen, die nicht zeitkritisch werden können
- Grössenunterschiede mind. 20 % von Stufe zu Stufe
Anzeigemodalitäten
Wie Informationsgehalt eines Reizes über verschiedene Sinnesmodalitäten (Wahrnehmungssystem) des Menschen übertragen wird
