Mensch-Maschine-Systeme in der Luftfahrt

1. Mensch-Maschine-Systemein der Luftfahrt SE Luftfahrtpsychologie WS 03-04, KFU GrazInstitut für Psychologie, Dr. P. Hoffmann Barbara Fritz, Eva Grabensberger, Barbara Karner, Stefan Kastl, Alex Kohlberger, Eva Monsberger, Eva Riederer, Michaela Schoiswohl, Silvia Stessl

2. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Einleitung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Einleitung 1. Definition eines Mensch-Maschine-Systems 2. Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen 3. Analyse, Gestaltung und Bewertung Flugsicherungund Flugführung

3. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Definition eines Mensch-Maschine-Systems Einleitung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung • Ein oder mehrere Menschen wirken mit einem technischen System zusammen. • „Maschine“ : technische Systeme aller Art • Ziel: bestimmte Arbeitsergebnisse durch das Gesamtsystem Mensch-Maschine bestmöglichzu erreichen. Flugsicherungund Flugführung

4. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Einleitung Definition eines Mensch-Maschine-Systems Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung • Primäre Zielsetzung: die bestmögliche Erfüllung vorgegebener Ziele • Übergeordnete Ziele: • Wirtschaftlichkeit • Sicherheit • Umweltverträglichkeit • Beherrschbarkeit • Arbeitszufriedenheit • Sozialverträglichkeit Flugsicherungund Flugführung

5. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen Einleitung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

6. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen Einleitung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Der Bediener: • Operatives Betriebswissen • Praktisches Handlungswissen • hat den Auftrag, das technische System zu leiten und zu führen • befindet sich einer permanenten Mensch-Maschine-Interaktion Flugsicherungund Flugführung

7. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Einleitung Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Der Benutzer: • nutzt passiv die Leistung eines MMS • Die Benutzung kann jederzeit unterbrochen oder beendet werden. Flugsicherungund Flugführung

8. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Einleitung Verschiedene Tätigkeitsbereiche des Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

9. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Einleitung Analyse, Gestaltung undBewertung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung MMS kann auf drei unterschiedlichenUntersuchungsebenen betrachtet werden: • Analyse: aufbauend auf - Modellen und - experimentellen Untersuchungen • Bewertung: bezieht sich auf - die in der Praxis geleisteten Arbeitstätigkeiten und - das gesamte Arbeitsumfeld Flugsicherungund Flugführung

10. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Einleitung Analyse, Gestaltung und Bewertung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung • Gestaltung: beschäftigt sich mit den notwendigen Systemkomponenten. Für alle drei Ebenen von großer Bedeutung: Vier Klassen von Einflussvariablen Flugsicherungund Flugführung

11. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Einleitung Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

12. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Informationsverarbeitung • Schema der menschlichen Informationsübertragung • Sinnes- und Wahrnehmungssysteme • Sensomotorische und kognitive Prozesse • Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL) Flugsicherungund Flugführung

13. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Schema der menschlichen Informationsübertragung • Informationsaufnahme (Sensorik) • Zentrale Informationsverarbeitung und Entscheidung • Informationsweiterleitung (Bedienhandlung: Motorik, Sprache) • Informationsspeicherung (Gedächtnis) Flugsicherungund Flugführung

14. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Schema der menschlichen Informationsübertragung Flugsicherungund Flugführung

15. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Sinnes- und Wahrnehmungssysteme • Das visuelle System - Der Gesichtssinn • Das auditive System - Der Gehörsinn • Das Vestibularsystem – Der Gleichgewichtssinn • Das olfaktorische System - Der Geruchssinn • Das haptische System - Der Tastsinn • Das propriozeptive System - Die Tiefensensibilität Flugsicherungund Flugführung

16. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Sinnes- und Wahrnehmungssysteme Flugsicherungund Flugführung

17. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Sensomotorische und kognitive Prozesse • Sensomotorische Prozesse -unmittelbares Antworten auf Reize • Kognitive Prozesse -bewußt geführte psychische Prozesse Flugsicherungund Flugführung

18. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL) • Computermodell - Simulation der kognitiven Leistungen • Module: • Datenselektion • Antizipation • Konfliktresolution • Update • Exekutive Kontrolle Flugsicherungund Flugführung

19. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Modell der Fluglotsenleistungen (MoFL) • Informationsverarbeitungszyklen: • Monitoring • Antizipation • Konfliktresolution Flugsicherungund Flugführung

20. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Tätigkeiten als Informations-verarbeitungsprozesse Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Anliegen der Mensch-Maschine Systemforschung: bedienerorientierte Gestaltung Arbeitstätigkeiten des Menschen im M-M-S: • Kontrolltätigkeiten • Problemlösungstätigkeiten • Entscheidungstätigkeiten Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

21. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Konkrete Tätigkeiten im M-M-S Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Identifizieren der Aufgabenanforderung • Identifizieren einer Menge von Hypothesen oder alternativer Handlungsverläufe • Identifizieren der wahrscheinlichen Auswirkungen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

22. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Konkrete Tätigkeiten im M-M-S Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Interpretation dieser Auswirkungen hinsichtlich Ziele und Vorgaben der Aufgabe • Auswahl einer Alternative für die Ausführung • Überwachen der Leistung Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

23. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Arbeitstätigkeiten Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Kontrolltätigkeiten Mikro-Entscheidungen und Unteraufgaben: Greifen, Schalten manuelle Regelungen, Überwachung • Problemlösungstätigkeiten Makro-Entscheidungen: Zielsetzung, Hypothesenbildung, Planung, Fehlermanagement Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

24. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations-verarbeitungsprozessedes Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Informations- Verarbeitungsphasen: • Kategorienbildung • Planung • Handlung Verhaltensebenen: • Zustandorientierte Ebene • Kontextorientierte Ebene • Strukturorientierte Ebene Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

25. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations-verarbeitungsprozessedes Menschen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zusammenhang zwischen Verhaltensebenen und deren Informationsverarbeitungsphasen Für menschliche und automatische Kontrolle und Planung: Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

26. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Regulationsebenen menschlichen Verhaltens Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Kognitive Verhaltens- oder FertigkeitsebenenHandlungsmodell von Rasmussen (1983, 1986) • Sensomotorische Fertigkeiten • Regelbasiertes Verhalten • Wissensbasiertes Verhalten Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

27. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Kognitive Verhaltens- oder Fertigkeitsebenen Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Handlungsmodell von Hacker (1973, 1986) a) Kognitive Handlungsvorbereitung • Sensomotorische • perzeptiv-begriffliche • intellektuelle Regulationsebene b) Handlungsrealisierung • Bewegungsentwurf • Handlungsschema • Plan Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

28. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Sensomotorische Fertigkeiten Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Erlernte, automatisierte Verhaltensweisen • Nicht-bewusstseinspflichtige Abbilder oder Bewegungsentwürfe • Keine willentliche Aufmerksamkeit oder Steuerung gefordert • Kontrolltätigkeiten in normalen Betriebssituationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

29. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Informationsverarbeitunsprozesse Flugsicherungund Flugführung

30. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Regelbasiertes Verhalten Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Vertraute Situationen • Vorhandene, gespeicherte Handlungsregeln • Perzeptiv-begriffliche Vorgänge • Stereotype Verhaltensweisen in vielen M-M-S Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

31. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Wissensbasiertes Verhalten Informations- verarbeitung Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Unbekannte Situationen • Keine Regeln und Handlungsschemata vorhanden • Mentale Modelle und Wissen über das System werden herangezogen • Planungsaktivitäten, modifizierte Alternativen, Strategien Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

32. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Kritische Situationen - Unfall Informations- verarbeitung • Überlastung des Menschen mit Informationen • Zeitdruck • Angemessenes regel- oder wissens-basiertes Verhalten wird verlangt • Menschliches Verhalten wird stärker stereotyp • Fällt auf niedrigere kognitive Ebene zurück • Simulatorübungen und Trainings Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

33. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Normale, außergewöhnliche und Notfallsituationen Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

34. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Normale Situationen Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Gesamtes techn. System läuft fehlerfrei • Bedienender Mensch begeht keine Fehlhandlungen • Verfügbarkeit soll möglichst hoch sein • Maßnahmen zur Verbesserung der menschl. Zuverlässigkeit Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

35. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Notfallsituationen: Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Technische und menschliche Fehler treten innerhalb eines MMS auf Außergewöhnliche Situationen: Fehler entstehen außerhalb des MMS und wirken in dieses hinein Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

36. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeitssteigerung in außergewöhnlichen Situationen Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Entweder: Erweiterung der Systemgrenze des interessierenden MMS • Oder: Betrachtung eines gewissen Umgebungsbereiches als ein eigenesMMS (Verbindung zwischen den MMS über Schnittstellen) Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

37. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Fehlerereignisse Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Störfall: Fehlerereignis in der Praxis einiger technischer Systeme z.B. Motorschaden während Autofahrt • Störgröße: Auch in normalen Betriebssituationen wirksam. z.B. Windböen od. Straßen-unebenheiten während der Fahrt Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

38. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Besonders kritische Fehlerereignisse Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

39. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Analyse menschlicher Fehler Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Für 60-80 % der Unfälle oder Beinahe-Unfälle in der Zivilluftfahrt sind menschliche Fehler hauptverantwortlich. • Höherer Automatisierungsgrad: KeineVerbesserung Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

40. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Klassifikation menschlicher Fehler Normale, außergewöhnliche und Notfall- situationen • Hacker: Fehlhandlungen und Handlungs-fehler (Arbeitspsychologische Klassifikation) • Reason: Unterscheidung der menschl. Fehler in -Slips (Ausführungsfehler) -Lapses (Gedächtnisfehler) -Mistakes (Denkfehler) (Kognitionspsycholog. Klassifik.) Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Flugsicherungund Flugführung

41. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Zuverlässigkeit in Mensch-Maschine-Systemen Flugsicherungund Flugführung

42. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Der Mensch als „Unfallursache“ Flugsicherungund Flugführung

43. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Menschliche Zuverlässigkeit vs.„der zuverlässige Mensch“ Zuverlässigkeit im • technischen Sinn: Festgelegte Kriterien innerhalb definierter Grenzen erfüllt • psychologisch-methodischem Sinn:Zuverlässigkeit ist Merkmal für die instrumentelle Güte eines Verfahrens Flugsicherungund Flugführung

44. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Menschliche Zuverlässigkeit vs.„der zuverlässige Mensch“ Flugsicherungund Flugführung

45. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Zuverlässigkeit als Eigenschaft • zuverlässiges Verhalten sollte beschreib- bar sein • Verfahren zur Messung von „Zuverlässigkeit“? • „Unfäller“-Persönlichkeit nach MarbeMenschen, die aufgrund von der Norm abweichender Wesensart wiederholt und häufiger als andere in Unfälle verwickelt sindVon Hacker (1998) widerlegt Flugsicherungund Flugführung

46. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Zuverlässigkeit alsBewertungsdimension Verhalten ist bezüglich vorgegebener Kriterien fehlerfrei Flugsicherungund Flugführung

47. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Fehlerkonzepte • Ursachenbezogen • Verrichtungs- bzw. Häufigkeitsbezogen Flugsicherungund Flugführung

48. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Wer ist verantwortlich? The pilot-in-command shall be responsiblefor the operation and safety of the aero-plane and for the safety of all persons onboard during flight time.(ICAO, 1944) Flugsicherungund Flugführung ABER: Computer übernehmen immer mehrAufgaben und der Pilot kann nicht mehreingreifen

49. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Zuverlässigkeit Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Dem Menschen wird viel Verantwortungdurch den Computer abgenommen In letzter Konsequenz (Unfall) wird dieseVerantwortung aber oft „zurückgegeben“Eine Maschine macht keine Fehler. Und wenn doch, dann nur wegen der unsach-gemäßen Bedienung durch den Operateur.(???) Flugsicherungund Flugführung

50. Mensch-Maschine-Systeme SE LuftfahrtpsychologieWS 2003/04Dr. Hoffmann Mensch-Maschine -Schnittstellen Automatisierung Mensch-Maschine-Schnittstellen am Beispiel eines Flugzeugcockpits Flugsicherungund Flugführung