Mensch-Maschine-Systeme

ISBN-13: 9783642467868 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 588 str.

Gunnar Johannsen

Opis

Das Zusammenwirken von Mensch und Maschine, also Arbeitst{tigkeiten des Menschen beim Umgang mit technischen Systemen aller Art, sowie deren Gestaltung werden umfassend in diesem Speziallehrbuch dargelegt. Im Einzelnen beschreibt der Autor die Details von Mensch-Maschine-Systemen, wiedie -ergonomischen -arbeitspsychologischen -systemtechnischen -regelungstechnischen und -softwaretechnischen Grundlagen. Das Buch erlaubt Studenten der Ingenieurwissenschaften, der Informatik und der Arbeitspsychologie eine selbst{ndige Einarbeitung in die Grundlagen und Anwendungen der Mensch-Maschine-Systeme.

Spis treści

1 Einführung.- 1.1 Definition und Einordnung von Mensch-Maschine-Systemen.- 1.1.1 Was ist ein Mensch-Maschine-Sy stem?.- 1.1.2 Ein anwendungsbezogenes Fachgebiet mit interdisziplinärem Methodenbezug.- 1.2 Arbeitstätigkeiten beim Umgang mit technischen Systemen.- 1.2.1 Verschiedenartige Tätigkeitsbereiche des Menschen.- 1.2.2 Kontroll- und Problemlösungstätigkeiten des Menschen.- 1.3 Analyse, Gestaltung und Bewertung von Mensch-Maschine-Systemen.- 1.4 Historische Entwicklung und Etablierung des Fachgebiets.- 1.5 Gliederung des Buches.- 1 Prozesse, Aufgaben, Methoden.- 2 Technische Prozesse in Mensch-Maschine-Systemen.- 2.1 Klassifikation technischer Systeme.- 2.1.1 Technische Systeme in Interaktion mit dem Menschen.- 2.1.2 Verschiedene Klassifikationsmoglichkeiten.- 2.1.3 Produktions-, Bewegungs- und Informationsprozesse.- 2.2 Lebensphasen von Mensch-Maschine-Systemen.- 2.3 Ziele und Verantwortung.- 2.4 Zeitverhalten und Komplexität.- 2.4.1 Zeitverhalten technischer Prozesse.- 2.4.1.1 Übertragungsverhalten technischer Prozesse.- 2.4.1.2 Systembeschreibung kontinuierlicher Vorgänge.- 2.4.1.3 Zeitdiskrete Schreibweise kontinuierlicher Vorgänge.- 2.4.1.4 Einfache Beispiele für kontinuierliche Vorgänge.- 2.4.1.5 Systembeschreibung sequentieller Vorgänge.- 2.4.1.6 Zeitverhalten und Beherrschbarkeit.- 2.4.2 Komplexität technischer Prozesse.- 2.5 Normale, außergewöhnliche und Notfallsituationen.- 2.6 Automatisierungs- und Unterstützungssysteme.- 2.7 Schnittstellensysteme für die Kommunikation mit dem Menschen.- 2.7.1 Anzeigen.- 2.7.2 Bedienelemente.- 2.8 Zeitliche Organisation in einem Prozeßrechner.- 3 Aufgabensituationen in Mensch-Maschine-Systemen.- 3.1 Gemeinsamkeiten und Unterschiede in verschiedenen Anwendungsbereichen.- 3.1.1 Vergleich verschiedener automatisierter Prozesse.- 3.1.2 Begriffsebenen in psychologischen Arbeitsuntersuchungen.- 3.1.3 Hierarchische Mehrebenenstruktur von Mensch-Maschine-Systemen.- 3.1.4 Gestaltung von Aufgabensituationen.- 3.2 Fahrzeugführung.- 3.2.1 Kraftfahrzeugführung.- 3.2.2 Flugführung.- 3.2.3 Schiffsführung.- 3.3 Überwachung von Verkehrskontroll- und Datenkommunikationssystemen.- 3.3.1 Vergleich zwischen Verkehrskontrolle und Datenkommunikation.- 3.3.2 Flugsicherungskontrolle.- 3.3.3 Zugüberwachung.- 3.4 Energieerzeugung und -verteilung.- 3.4.1 Elektrizitätserzeugung in Kraftwerken.- 3.4.2 Energieverteilung.- 3.5 Industrielle Prozeßführung.- 3.5.1 Prozeßführung in der chemischen Verfahrenstechnik.- 3.5.2 Rechnerintegrierte Fertigung.- 3.6 Interaktion mit Robotern und Manipulatoren.- 3.7 Mensch-Maschine-Kommunikation in der Medizin, Rehabilitation und Gebrauch von Prothesen.- 3.8 Mensch-Rechner-Interaktion.- 3.8.1 Übersicht und Bedeutung.- 3.8.2 Rechnergestütztes Konstruieren.- 3.8.3 Bürokommunikation.- 3.9 Bedienung privater Haustechnik und öffentlicher Systeme.- 4 Prozesse menschlicher Informationsverarbeitung in Mensch-Maschine-Systemen.- 4.1 Menschliche Eigenschaften und Ziele.- 4.2 Sensomotorische und kognitive Prozesse.- 4.2.1 Schema der menschlichen Informationsübertragung.- 4.2.2 Sinnes- und Wahrnehmungssysteme.- 4.2.3 Sensomotorische Prozesse.- 4.2.4 Bewußte kognitive Prozesse.- 4.3 Kontroll-, Entscheidungs- und Problemlösungstätigkeiten.- 4.3.1 Tätigkeiten als Informationsverarbeitungsprozesse.- 4.3.2 Bezüge zur Prozeßautomatisierung und zur Entscheidungsunterstützung.- 4.4 Regulationsebenen menschlichen Verhaltens.- 4.5 Verhaltens- und Aufgabenkomplexität.- 4.6 Leistung, Belastung und Beanspruchung.- 4.7 Lernen, Erfahrungsverlust und Fehlhandlungen.- 4.8 Kooperation und Kommunikation.- 5 Untersuchungsmethoden.- 5.1 Aufgaben- und Wissensanalysen.- 5.2 Experimentelle Untersuchungen und Meßmethoden.- 5.2.1 Experimentierbedingungen und Untersuchungsgegenstände.- 5.2.2 Grundsätzliches Vorgehen in Experimenten.- 2.5.3 Auswahl wichtiger Meßmethoden.- 5.2.3.1 Hauptkriterien für Maße in Experimenten.- 5.2.3.2 Leistungsmaße.- 5.2.3.3 Beanspruchungsmaße.- 5.3 Versuchsplanung und statistische Auswertung.- 5.3.1 Methodische Vorgehenswseise.- 5.3.2 Maßsysteme und Skalen.- 5.3.3 Statistische Kenngrößen.- 5.3.4 Versuchspläne.- 5.3.5 Statistische Auswertungsverfahren.- 5.4 Bewertungsverfahren.- 5.5 Schnelle Prototyperstellung.- 5.6 Modelle des Menschen.- 2 Experimentelle und modellgestützte Analyse.- 6 Analyse von Kontrolltätigkeiten.- 6.1 Manuelle Regelung.- 6.1.1 Kurze Einordnung.- 6.1.2 Unterschiede bei der Informationsaufnahme.- 6.1.3 Einflüsse der Regelstreckendynamik und der Eingangsgröße.- 6.1.3.1 Vergleich einfacher Regelstrecken.- 6.1.3.2 Einfluß der Eingangsgröße.- 6.1.4 Ausführungsgeschwindigkeit und Teilautomatisierung.- 6.1.5 Eigenschaften und Grenzen des Menschen bei der Informations übertragung.- 6.1.6 Adaptive manuelle Regelung.- 6.1.7 Kritische Regelungsaufgaben.- 6.2 Modelle für den Menschen als Regler.- 6.2.1 Vorgehensweise bei der Modellbildung.- 6.2.2 Quasilineare Modelle für den Menschen als Regler.- 6.2.2.1 Signaltheoretische Beschreibung: Frequenzgang und Restgröße als nichtparametrisches Modell.- 6.2.2.2 Schnittfrequenzmodell des aufgeschnittenen Kreises mit dem Menschen als Regler.- 6.2.2.3 Grundform des quasilinearen Modells.- 6.2.2.4 Modelle für Mehrgrößenregelungsaufgaben.- 6.2.3 Optimaltheoretisches Modell für den Menschen als Regler.- 6.2.3.1 Einführung und optimale Regelung.- 6.2.3.2 Grundform des optimaltheoretischen Regler-Modells.- 6.2.3.3 Zeitdiskrete Schreibweise und Erweiterungen des optimaltheoretischen Modells.- 6.2.4 Nichtlineare und adaptive Modelle für den Menschen als Regler.- 6.3 Überwachung, Aufmerksamkeitsverteilung und Fehlerentdeckung.- 6.3.1 “Klassische” Überwacher-Modelle.- 6.3.2 Optimaltheoretische Überwacher-Modelle.- 6.3.3 Aufmerksamkeitsverteilung, visuelle Suche und Blickbewegungen.- 6.3.4 Fehlerentdeckung bei kontinuierlichen Signalen.- 6.3.5 Alarmüberwachung in Systemen mit automatisierter Fehlerentdeckung.- 6.4 Modelle für Mehrfachaufgaben.- 6.4.1 Serielle Bearbeitung von Mehrfachaufgaben.- 6.4.2 Parallele Bearbeitung von Mehrfachaufgaben.- 6.5 Leitende Kontrolle und ihre überwachend-eingreifenden Tätigkeiten.- 6.5.1 Leitende Kontrolle als Interaktionskonzept.- 6.5.2 Überwachend-eingreifende Kontrolle.- 6.6 Kontrolltätigkeiten bei Unschärfe.- 6.7 Fahrer- und Piloten-Modelle.- 6.7.1 Fahrer-Modelle.- 6.7.2 Piloten-Modelle.- 6.8 Modelle des Menschen in langsam ansprechenden Systemen.- 6.9 Führbarkeitsstudien.- 6.10 Aufgabenanalytische Modelle.- 6.11 Anthropometrische Modelle.- 7 Analyse von Entscheidungs- und Problemlösungstätigkeiten.- 7.1 Wesen und Bedeutung des Problemlösens.- 7.2 Klassifikation und Modellierung von Entscheidungsvorgängen.- 7.3 Mentale Modelle beim Problemlösen und Entscheiden.- 7.4 Fehlermanagement während des Betriebs und bei der Wartung.- 7.4.1 Informationsverarbeitungsphasen und Verhaltensebenen in Fehlermanagementsituationen.- 7.4.2 Fehlerdiagnose bei der Wartung.- 7.4.3 Fehlerdiagnose und -korrektur während des Betriebs.- 7.5 Planungsverhalten des Menschen.- 7.6 Planung und Diagnose bei der leitenden Kontrolle.- 8 Analyse von Entwurfstätigkeiten.- 8.1 Entwurfsvorgang als Problemlösungstätigkeit.- 8.2 Entwurf von Leitwarten-Kontrollräumen und Cockpits.- 8.3 Entwurf von Leitwarten-Bildern.- 9 Analyse menschlicher Fehler.- 9.1 Klassifikation und Ursachen menschlicher Fehler.- 9.2 Fehler und menschliche Zuverlässigkeit.- 9.3 Vorbeugung gegen menschliche Fehler.- 3 Gestaltungsmaßnahmen.- 10 Gestaltung der Mensch-Maschine-Funktionsteilung.- 10.1 Arbeitsorganisatorische und systemergonomische Gestaltung.- 10.2 Integrierte Automation als tätigkeitsbezogenes Gestaltungskonzept.- 10.2.1 Kognitive Aufgabenanalyse und integrierte Automation.- 10.2.2 Softwaretechnische Betrachtung als Bedienerschnittstellen-Managementsystem.- 10.2.3 Systemtheoretisches Rahmenkonzept.- 11 Gestaltung der Mensch-Maschine-Kommunikation.- 11.1 Kommunikationsformen und Mensch-Maschine-Schnittstellen.- 11.2 Informationsaufbereitung und -auswahl.- 11.3 Visualisierung und graphische Bildgestaltung.- 11.3.1 Einige hardware- und softwaretechnische Grundlagen der Rechnergraphik.- 11.3.2 Ergonomische Bildgestaltung.- 11.3.3 Prozeß- und Systemvisualisierung.- 11.3.4 Graphikgestützte Bediensysteme.- 11.4 Sprachkommunikation und multimediale Kommunikation.- 11.4.1 Spracheingabe und -ausgabe.- 11.4.2 Multimediale Kommunikation.- 11.5 Interaktions- und Dialoggestaltung.- 11.5.1 Interaktionsverfahren.- 11.5.2 Dialogsysteme.- 11.6 Entwurfswerkzeuge für die Kommunikation.- 11.6.1 Graphische Editoren.- 11.6.2 Dialogmanagement-Werkzeuge.- 12 Gestaltung und Einsatz von Unterstützungssystemen.- 12.1 Klassifikation von Entscheidungsunterstützungssystemen.- 12.2 Aufbau und Entwicklung von Expertensystemen für die integrierte Automation.- 12.2.1 Aufbau von Expertensystemen.- 12.2.2 Formen der Wissensrepräsentation und Problemlösungsstrategien.- 12.2.3 Vorgehensweisen beim Wissenserwerb und Verwendung von Entwicklungswerkzeugen.- 12.3 Anwendungsmodellbasierte Unterstützungssysteme in der integrierten Automation.- 12.3.1 Heuristische Regelung von industriellen Prozessen.- 12.3.2 Fehlerdiagnose bei Produktionsprozessen.- 12.4 Bediener- und Benutzermodelle als Unterstützungssysteme.- 12.4.1 Entdeckung menschlicher Fehler und flexible Automation.- 12.4.2 Bedienermodell für die Vorgehensunterstützung.- 12.5 Verteilte und kooperierende Entscheidungsstrukturen.- 13 Gestaltung und Einsatz von Simulatoren.- 13.1 Aufbau von Simulatoren.- 13.2 Simulatoren für Forschung, Entwicklung und Training.- 14 Ausblick.- Sachwortverzeichnis.