MTS HS17

NASA-TLX (Task-Load-Index) -> Mehrdimensional

Skalen
– Geistige Anforderung
– Körperliche Anforderung
– Zeitliche Anforderung
– Aufgabenausführung
– Anstrengung
– Frustration

Vorgehen
– Bewertung einer Aufgabe auf den 6 Skalen
– Gewichtung der Skalen durch Paarvergleich

Vorteile

• hinreichend gute Sensitivität
• Interferenzfrei
• grosse Anwendungsbreite
• geringer Aufwand
• gute Akzeptanz
• einfache Anwendung

Nachteile

• Validität kann in Frage gestellt werden
• oft nur geringe Korrelationen mit anderen Beanspruchungsindikatoren

Eindimensionale Verfahren

• Cooper-Harper-Skala
• Bedford Verfahren

Mehrdimensionale Verfahren

• NASA-TLX 
• SWAT - Subjective Workload Assesment Technique
  • 3 Dimensionen auf 3er Skalen: Zeitdruck, geistige Anstrengung, psychische Belastung

→ Systematisierung der Handlungskontrolle

Ausgangspunkt: Menschliche Informationsverarbeitung

3 psychische Grundprozesse beeinflussten mentale Informationsverarbeitung

klassisches Bild, wie sich früher Ingenieure/Ingenieurspsychologen das vorgestellt haben

Links: Ausgangspunkt → Annahme, dass wir Einflüsse aus Umgebung aufnehmen z.B. wenn Smartphone piept, weiss ich, dass eine SMS gekommen ist

Problemlösung: Grundsätzliche Entschiede = Makro-Entscheidungen → höhere kognitive Anstrengung nötig!

Aufbau und Veränderung = Lernen

Kontrolle: Entscheidungen sind so schnell, dass wir sie gar nicht mehr bewusst wahrnehmen → läuft automatisch

Wir nehmen Einfluss aus der Umgebung auf, interpretieren sie und setzen sie ein, um Problem zu lösen (evtl.) → es kommt zum Zusammenspiel von Problemlösung und Kontrolle 

Wir nehmen Einfluss aus der Umgebung auf, interpretieren sie und setzen sie ein, um Problem zu lösen (evtl.) → es kommt zum Zusammenspiel von Problemlösung und Kontrolle 

Kontrolltätigkeit
– kognitiv wenig anspruchsvoll
– Eingriffe: kontinuierlich – Regelung / diskret – Überwachung
– basiert auf Wahrnehmung von Abweichungen → erst bei Abweichung, z. B. beim Autofahren: Reh hüpft über Strasse; erst dann etwas ändern oder wahrnehmen, das andere läuft eher im Hintergrund ab

Ziel: Übereinstimmung mit Vorgabe

Problemlösetätigkeit
– kognitiv anspruchsvoll
– überlagert Kontrolltätigkeiten
– basiert auf Interpretation von Informationen
– setzt Wissensbasis aus Erfahrung voraus

Handlungskontrolle als Dynamik!

→ älteres, aber elaborierteres Modell als vorherige; gibt lange empirische Studien im Feld (Atomkraftwerke etc.)

Nach Rasmussens Modell findet Handlungskontrolle auf drei Ebenen statt: der sensomotorischen (skill), der regelbasierten (rule) und der wissensbasierten (knowledge) Ebene.

Dieses Modell veranschaulicht gut, wie geeignet menschliche Informationsverarbeitung und sensomotorische Aktivitäten zur erfolgreichen Anpassung an situative Anforderungen aus der Umwelt sind. Dabei spielt das Lernen im Sinne der Trainierbarkeit von situationsadäquatem Verhalten eine wichtige Rolle. Dass dabei auch Fehler entstehen, ist beinahe natürlich. Wie dies mit der Informationsverarbeitung zusammenhängt, das Leitermodell (Entscheidungsleiter).

Mit diesem Modell Lernen sehr gut veranschaulichen möglich! z. B. Autofahren: als erstes erste Ebene → mühsam, anstrengend, man benötigt viel wissensbasiertes Verhalten = Problemlösetätigkeit; hoher kognitiver Aufwand. Danach kommt regelbasiertes Verhalten = Wenn-Dann-Schema: man weiss bereits wie man Fahrzeug fahren, Gang einschalten muss. Bei der 3. Ebene merkt man gar nicht, dass man am Fahren ist, man macht einfach alles automatisch

→ menschliches Lernen hört nie auf! Das wird von diesem Modell berücksichtigt bei neuen Problemen: z.B. es wird bald rot und halten reicht nicht mehr direkt: nach Zeichen suchen (2. Ebene), wie ich geleitet von höherem Ziel (1. Ebene) Fahrzeug doch noch zum Stillstand bringen kann → man kennt Situation nicht (Wenn-Dann geht nicht, sensomotorisch auch nicht → deshalb geht man auf wissensbasierte Ebene und muss Lösung suchen. Passiert alles in Millisekunden; wenn man die Tätigkeit immer ausgeführt hat: durchläuft man immer selbe Schlaufe, es ist dann gefährlich, weil man neue Situationen evtl. nur noch selektiv wahrnehmen → grösster menschlicher Vorteil & Nachteil: Muster erkennen! Wir versuchen 1. Ebene zu verlassen, weil sie sehr anstrengend ist! Deshalb ist sie auch anfällig, Muster zu erkennen, die gar nicht da sind

Entscheidung Aufgabenwahl: Stelle wo die meisten Fehler passieren

Automatisierte sensomotorische Muster: Kleine Operationen, die wir durchführen, welche für uns fast nicht erkennbar sind! Führen zu Zeichen. Es gibt formalisierbare Handlungen, jedoch sensomotorische Handlungen sehr schwierig zu erklären

Verhaltensweisen
– erlernt
– stark automatisiert
– nicht bewusst

• angestossen durch Signale aus der Umwelt
• erfordern keine willentliche Kontrolle oder Aufmerksamkeit

→ z.B. zum Kaffee herauslassen auf Knopf drücken

Verhalten
– in vertrauten Situationen
– durch gespeicherte Wenn-Dann-Regeln

Regeln sind
– gelernt (Erfahrung)
– aus Instruktionen abgeleitet (procedures)

• kann kognitiv untergeordnete sensomotorische Routinen auslösen

→ z.B. Licht blinkt bei Kaffemaschine = ich weiss, jetzt muss ich Bohnen hineinfüllen

Knowledge-based

• Situation ist unbekannt

• Regeln stehen nicht zur Verfügung

• Informationen müssen interpretiert werden
– Identifikation der Situation
– Bewertung der Situation im Hinblick auf Ziele
– Fällen von Entscheidungen und Nutzung von Wissen

• kognitiv anspruchsvoll

→ z.B. Kaffeemaschine raucht, ich weiss nicht was genau tun und muss nun Lösung suchen

→ Informationsverarbeitung: Leiter-Modell von Entscheidungsprozessen

Schritte kennen und wissen, dass unterschiedliche Abkürzungen bestehen = vereinfachte mentale Modelle, die sehr Fehleranfällig sein können. Musterbildung und Signalerkennung (grösste Stärke des Menschen) kann zugleich die grösste Schwäche sein

8 Schritte: Wir werden durch etwas von aussen aktiviert, beobachten eine Bewegung, identifizieren es als Reh = mögliches Hindernis, interpretieren, das könnte Unfall bedeuten, Bewerten = Gefahr! Zurück zu Interpretation = welche Optionen habe ich? Strategien suchen, es entsteht Vorgehensplan, wir führen Handlung aus.

Unterschiedliche Pfeile: wenn wir lernen, finden wir Abkürzungen! Unsere mentalen Modelle werden einfacher! z.B. wir beobachten Reh und können direkt Vorgehen daraus machen, wenn wir Situationen kennen → Abkürzungen bergen Gefahr, zu schnell Abkürzungen/mentale Modelle anzuwenden, obwohl nicht geeignet!

Zur Beschreibung eines Verarbeitungsprozesses und zur Klassifikation von Fehlern und Fehlhandlungen.

---

→ 3 Arten von Fehler

Fertigkeits-basierte Patzer und Schnitzer (slips & lapses) → sensomotorisch
Slips → fehlerhafte Ausführung
Lapses → Gedächtnis-Fehler

Regel-basierte Fehler (mistakes)
Fehlerhafte Diagnose in prozeduralen Wissen (falsche Anwendung des „Wenn“-Teils von Prozeduren)

Wissens-basierte Fehler (mistakes)
Fehlendes Wissen über das Problem

–––

Das "Generic Error Modeling System" ist ein kognitives Modell zu Fehlerprozessen nach Reason, in den drei Ebenen ("levels") der Handlungssteuerung und damit auch der Fehlergenese unterschieden werden: die fertigkeitsbasierte ("skill-based") Ebene, auf der Ausrutscher oder Versehen ("slips") angesiedelt sind, die regelbasierte ("rule-based") Ebene, auf der es zu Erkennens- oder Verwechslungsfehlern kommen kann, und die wissensbasierte ("knowledge-based") Ebene, wo Denk- oder Urteilsfehler auftreten.

Handlungskontrolle, aufgeteilt nach kognitiven Aufwand (Fähigkeit / Regelbasiert / Wissensbasiert). Die Gefahr das Regeln (abgespeicherte Problemlöseprozess) zu Fehlern führt ist sehr hoch.

Mangelhafte Überwachung: Auf der Fähigkeitsbasierten Ebene (Aufmerksamkeitsfehler) Missglückte Problemlösung: Auf

der Regelbasierten/Wissensbasierte Ebene (Fehler Problemlösen)

In unserer Gesellschaft sind Fehler immer negativ! Zeigt wie Defizit orientiert wir sind!

Dieses Modell geht davon aus, dass man Zukunft immer vorher sagen kann, jedoch schwierig!
 → Fehler kennen wir so: Ist-Zustand stimmt nicht mit Wunsch-Zustand überein; jedoch verstösst man evtl. auch aus gutem Grund; z. B. weil Sicherheit gefährdet ist

Ausgangspunkt ist immer unsichere Handlung → wir können ja nicht Fehler im Kopf beobachten!

Ausführungsfehler: man führt falsche Handlung aus

Verarbeitungsfehler: z.B. ich kenne Stand der Dinge nicht → schon etwas mehr kognitive Fähigkeiten nötig!

Planungsfehler: klassische Fehler → Planungsfehler ohne Regel oder auch wissensbasiert. z.B. bei manueller Eingabe Kaffeemaschine Plan: ich möchte diesen und diesen Kaffee, jedoch gibt man Sachen falsch ein und es kommt eine komische Brühe heraus

Regelverstösse: z. B. Auslegungsvorgabe: Innerhalb den 20min, in denen der Reaktor angelassen wird, darf der Mensch nicht eingreifen. Kontrollteam stand vor der Wahl. Entweder wir lassen es laufen oder wir greifen ein. Regelverstoss führt zur Aufrechterhaltung der Sicherheit → Mensch ist dafür verantwortlich, dass Sicherheit geschaffen wird und gleichzeitig wird er auch an den Pranger gestellt.

Verstösse gehören nicht zu den Basisfehlertypen! → Sind beabsichtigt gewählt; Mensch exponiert sich, weil schlussendlich heisst es, dass er gegen die Regeln verstossen hat, obwohl er es besser machen wollte

(Eigen-)Reflex
• unwillkürlich
• Latenz 20-120 ms
• monosynaptisch oder polysynaptisch

Beispiele
– Patellarsehnenrefl.
– Unterkieferreflex
– Babinski-Zeichen
– Husten-Reflex

→ Relativ wenig bis keinen Einfluss darauf.

Automatische Bewegung
• rhythmische Bewegungen
• geringe kinematische Variabilität
• meist unbewusst

Beispiele
– gehen
– kauen

→ Fast ohne kognitiven Aufwand.

Willkürbewegung
• intendiert, geplant, gelernt

Beispiele
- sprechen
- greifen

Monosynaptischer Reflexbogen

Ablauf
• Muskelspindel
• sensorischer Nerv
• Rückenmark (Synapse)
• Alpha-Motoneuron
• motorischer Nerv
• Muskel (Kontraktion)

Das wichtige dabei ist, dass die Synapsen chemisch angesteuert werden. Diese Ansteuerung wird durch bestimmte Reize ausgelöst.

Nicht im Detail lernen. Wichtig ist, dass wir eine Idee davon haben, dass Regelung Information benötigt. Steuerung nicht; ein Plan wird ausgeführt.

Beide Konzepte laufen mehr oder weniger parallel ab.

Regelung
– feedback-Kontrolle
– closed-loop
– sensorische Information während der Bewegung
– Korrektur möglich
– schnelle Willkürbewegung nicht möglich

Steuerung
– feedforward-Kontrolle
– open-loop
– sensorische Information vor der Bewegung
– Korrektur nicht möglich
– schnelle Willkürbewegung möglich

Parallele Regelung und Steuerung

Motorische Kontrolle vollzieht sich durch Reglung und Steuerung. Diese sind auch für Mensch-Maschine-Systeme relevant und beziehen sich vorwiegend auf die Ausführung von Handbewegungen.

• Die Dauer einer Bewegung steigt mit ihre Weite (aber nicht linear)
• Die Dauer einer Bewegung steigt mit den Anforderungen an die Genauigkeit → Je genauer ich ein Prozess steuern Muss, desto länger dauert die Bewegung
• Die Masse, die bewegt werden muss, beeinflusst die Bewegungszeit kaum

Organisationstheorie
– Zerlegung des Arbeitsvollzugs in seine Elemente.

Informatik
– Einheit der Durchführung konkreter zielgerichteter Aktionen eines Benutzers.

Kognitive Psychologie
– Transformationen eines Ausgangszustandes in einen Zielzustand unter Einsatz von Operationen.

Ingenieurpsychologie
– Festlegung von auf Arbeitstätigkeiten bezogenen Zielen,
– Bestimmung der notwendigen bzw. zulässigen Operationen.

Operationen: Festlegung von Arbeitstätigkeiten in Bezug auf die Ziele

4-stellige Relation, die angibt
– an welchem Gegenstand
– welche Veränderungen
– unter welchen Bedingungen (Mittel, Wege)
– von wem
vorgenommen werden soll.

Beispiel
Alle Aufgaben verfolgen ein Ziel. Ohne Ziel, keine Aufgabe.

Video: Kinder putzen Zähne allein → Ziel ist Zähne zu putzen  → Mittel sind Zahnpasta & Zahnbürste → Wege: einzelne Sequenzen

Gegenstand: Mensch oder tatsächlicher Gegenstand → kann Synonym mit Aufgabe sein; Konkretisierung der Aufgabe

Veränderungen: Prozess der Transformation, nicht Ziel (= das was erreicht ist)!! z.B. Projektanträge erfassen → Liste ist ergänzt, Daten eingetragen etc.

→ Arbeits- und Aufgabenanalysen sind gem. Ritz strikt zu trennen, obwohl in der Literatur die Begriffe oft als Synonyme gebraucht werden. Aufgabenanalyse ist ein Teilbereich bzw. eine spezifische Unterform der Arbeitsanalyse.

Arbeitsanalyse

• Information über die Tätigkeit eines arbeitenden Individuums.
• Analyse und Bewertung der psychischen Struktur und Regulation menschlicher Arbeitstätigkeit mit ihren Bedingungen und Auswirkungen (Hacker, 1998)

Aufgabenanalyse

• Methoden zur Sammlung, Klassifikation und Interpretation von Daten über die Leistung von Systemen, die mindestens eine Person mit einschliessen.

Gemeinsamkeiten

– interdisziplinär – Aufgabenteilung
– bedingungsbezogen - Gestaltung als Ziel
– Konvergenz der Einsatzgebiete - nicht nur Arbeitstätigkeit

Ziele

– MMS gestalten/verbessern,
– Computer zu einem guten Werkzeug zur Aufgabenerfüllung gestalten.

Einsatzfelder

– Gestaltung von Schnittstellen
– Ableitung von Design-Richtlinien (Style-Guides)
– Modellierung und Vorhersage von Aufgabenleistung
– Konzeption von Training/Ausbildung
– Optimierung von Fehleranfälligkeit von Mensch-Maschinen-Systemen

• Informationen über die Tätigkeit eines arbeitenden Individuums.
• Analyse und Bewertung der psychischen Struktur und Regulation menschlicher Arbeitstätigkeit mit ihren Bedingungen und Auswirkungen (Hacker, 1998)

Die Arbeitsanalyse dient dazu, auf systematische Weise die Rahmenbedingungen einer Tätigkeit zu analysieren und zu beschreiben. Darunter fallen bspw. Arbeitsabläufe, Arbeitsmittel oder Umweltbedingungen. Ein exemplarisches Ergebnis einer Arbeitsanalyse wäre demnach etwa: "Die Tätigkeit beinhaltet die fehlerfreie Bedienung hochspezialisierter Messgeräte in einem kalten, lauten und gefährlichen Arbeitsumfeld."

Ziele
Bewertung an Hand definierter Kriterien, z.B.:
– Erhaltung der Gesundheit,
– Förderung der Persönlichkeit.

Einsatzfelder
– Veränderung/Projektierung von Arbeitssituation und –organisation → Effizienzoptimierung/-gestaltung
– Ermittlung Qualifikationserfordernisse oder Eignungsanforderungen
– Vergleich von Arbeitstätigkeiten
– Arbeits- und Gesundheitsschutz

→ 3 Methodengruppen

1. Analyse der Aufgabendomäne

– Zerlegung in Ziele und Funktionen
– Ableitung von Anforderungen an die menschliche Informationsverarbeitung
– Folgerung von Gestaltungshinweisen

2. Nutzung empirischer Methoden

– meist Kombination aus Beobachtungs- und Befragungstechniken
– Ableitung wie Personen die Aufgaben bewältigen
– Folgerung von erforderlichem Wissen und genutzten Strategien

3. Simulation der Aufgabenbearbeitung

– Modellierung der empirischen Befunde
– Ableitung einer Computersimulation
– Folgerung von Vorhersagen für die Aufgabenbearbeitung

HTA: Hierarchical Task Analysis
 

Aufgaben werden beschrieben als Hierarchie von
– Zielen,
– Unter-Zielen,
– Operationen und
– Plänen.

Ergebnis der Analyse ist eine umfassende Beschreibung aller Aktivitäten bei der Aufgabenbearbeitung

HTA ist…
– flexibel und vielseitig,
– sehr verbreitet,
– häufig Ausgangspunkt für weitergehende Analysen.

Vorteile
• braucht wenig Vorbereitung und Erfahrung,
• flexibel,
• schnell,
• Ergebnis ist umfassend,
• Detailgrad kann nach Bedarf bestimmt werden,
• vielseitig anwendbar.

Nachteile
• hauptsächlich beschreibende Information und keine erklärende,
• liefert wenig direkte Gestaltungshinweise (sind für uns als Psychologen wichtig),
• kaum Aufschluss über kognitive Aspekte,
• langwierig und umfangreich bei komplexen Aufgaben,
• Reliabilität ist fraglich,
• ist eher eine Kunst als eine Wissenschaft

Analyse der kognitiven Anforderungen einer bestimmten Aufgabe oder in einem definierten Aufgabeszenario, zur
• Identifikation der kritischen Aufgabenelemente,
• als Unterstützung für die Gestaltung von technischen Systemen

Vorgehen
Wissensaudit: oft halbstandardisiertes Interview und oft auch im Nachhinein → um konkrete Anforderungen vom Menschen zu erheben; auch soziodemografische Daten, um später Differenzierungen machen zu können (Alter, Berufserfahrung, Geschlecht, R oder L händig usw.!)

Vorteile
• Strukturiertheit
• Vollständigkeit
• geringer Trainingsaufwand
• gute Akzeptanz bei Probanden

Nachteile
• Erfahrungsabhängig
• Reliabilität fraglich
• hoher zeitlicher Aufwand
• hoher Analyseaufwand
• Validierung erforderlich

Hintergrund in der Theorie des „naturalistic decision making“

Verfahren aus halb-strukturieren Interviews
– Befragung an Hand von Ereignissen mit kritischen Entscheidungssituationen
– um Informationen über Entscheidungsprozesse bei Experten zu sammeln.

Nutzen für
– Systemgestaltung
– Konzeption von Ausbildung und Training
– Bewertung von Unterstützungssystemen

Vorteile
• Bezug zu Entscheidungsprozessen
• zügige Anwendung
• einfach
• Modellierung von Expertenwissen möglich

Nachteile
• Reliabilität fraglich
• Erfahrungsabhängigkeit
• Verbale Berichte sind immer subjektivgefärbt

Tabelle: Goal Specification, Cue Identification, Expectancy, Conceptual Model...

Usability / Gebrauchstauglichkeit / Benutzbarkeit
– ist das Ausmass, in dem ein Produkt durch bestimmte Benutzer in einem bestimmten Kontext genutzt werden kann, um bestimmte Ziele effektiv, effizient und zufriedenstellend zu erreichen. (aus DIN EN ISO 9241-11)

(Benutzerfreundlichkeit / Benutzungsfreundlichkeit)
– legt nahe, dass Produkte zu manchen Menschen besonders freundlich sein müssen.

Beispiel Bierflasche öffnen
Ohrenstäbchen → nicht effektiv
– Ziel kann nicht erreicht werden

Feuerzeug → nicht effizient
– Schulungsaufwand
– Verletzungsgefahr
– nicht sehr schnell

Flaschenöffner → gebrauchstauglich
– einfache Bedienung
– leicht zu lernen

Vorteile

Benutzer

Reduktion von
– Bearbeitungshemmnissen
– Beanspruchung durch der Bearbeitung → aber Achtung: Monotonie!
– Fehleranfälligkeit

Verbesserung von
– Aufgabenbewältigung / Arbeitsqualität
– Produktivität
– Motivation / Zufriedenheit

Betreiber

Steigerung von
– Produktivität
– Motivation
– Mitarbeiterzufriedenheit

Reduktion von
– Risiko / Fehleranfälligkeit
– Ausfallzeiten
– Kosten für Ausbildung und Training

Entwickler / Hersteller

Verbesserung von
– Kundenzufriedenheit
– Verkaufszahlen und Umsatz
– Firmenimage

Senkung von Kosten für
– Entwicklung
– Pflege und Wartung
– Support

1. Aufgabenangemessenheit
2. Selbstbeschreibungsfähigkeit
3. Erwartungskonformität
4. Steuerbarkeit
5. Fehlerrobustheit
6. Individualisierbarkeit
7. Lernförderlichkeit

→ sind nicht wirklich trennscharf definiert

„Werkzeug statt Spielzeug“

Ein technisches System ist aufgabenangemessen, wenn es die Benutzer unterstützt, ihre Aufgaben effektiv und effizient zu erledigen.

Leitlinien
– Vollständigkeit der Aufgabenerfüllung
– Verhältnis von Funktionsangebot und –bedarf
– Effektivität der Aufgabenunterstützung
– Effizienz der Aufgabenunterstützung

Funktionalität
wichtig ist die Überschneidung (Schnittstelle) dabei

systembedingte Funktionen sollten im Hintergrund ablaufen und nützliche Funktionen sollten wir selber ausführen

–––

• Nur Informationen/Funktionen, die für die Arbeitsaufgabe bedeutsam sind.

• Benennung von Funktionen muss den Begriffen der Arbeitsaufgabe entsprechen → kein Computerjargon

• Anzahl der Bearbeitungsschritte minimieren

• Übliche Arbeitsweise der Benutzer berücksichtigen

„Der Benutzer erkennt Elemente wieder“

Die Software ist konsistent und entspricht den Erfahrungen und dem Wissen der Benutzer.

Leitlinien
– Konzeptuelle Konsistenz
– Kompatibilität mit bereits bekannter Software
– Vorhersagbarkeit

Möglichst wenige „Überraschungen“ für den Benutzer

Innere Konsistenz
→ für ähnliche Arbeitsschritte ähnliche
– Begriffe
– Masken
– Positionen
– Systemreaktionen
– Style-Guide

Externe Konsistenz
→ Übereinstimmung mit
– anderer Software
– Standards (auch ungeschriebene)
– sozio-kulturelles Umfeld

„Recht auf Fehler“ → Fehler sind erlaubt, der Mensch macht Fehler!

Der Benutzer kann das angestrebte Ergebnis trotz fehlerhafter Eingaben mit geringem Korrekturaufwand erreichen.

Leitlinien
– Fehlererkennung
– Fehlerwarnung
– Fehlermanagement → Eingaben sollten korrigiert werden können

„Gute Fehlermeldungen“
– präzise
– konstruktiv
– verständlich
– nicht wertend

Beispiel: 
somit weiss ich nur was ich nicht darf: was zu tun ist, ist nicht klar!