Erfassung und Bewertung menschlicher Zustände
Cluster 3 befasst sich mit der Erfassung und Bewertung menschlicher Zustände. Die Vernetzung von cyber-physischen Produktionssystemen (CPPS) ermöglicht es, physiologische und psychologische Daten des Menschen zu messen und diese mit Ereignissen im technischen System zu verknüpfen. Um ein CPPS effizient und sicher betreiben und kontextgerechte Entscheidungen treffen zu können, müssen die Bediener ein tieferes Verständnis für den Zustand und die Funktionsweise des Systems entwickeln. Informationen über die augfabenbezogene Beanspruchung des Bedieners können aus der direkten Beobachtung menschlicher physiologischer und aufmerksamkeitsbezogener Prozesse gewonnen werden (z. B. Aktivität des autonomen Nervensystems, Augenbewegungsmuster).
Die folgenden drei Forschungsarbeiten leisten komplementäre Beiträge zur Erfassung von Informationen über den menschlichen Bediener sowie zur Mensch-Maschine-Kooperation in CPPS.
Der Schwerpunkt dieser Forschung liegt auf der Entwicklung einer wissenschaftlichen Methode, die (1) die physikalische Konfiguration und Rekonfiguration von modularen Anlagen, (2) die ergonomischen Anforderungen und (3) die prospektive, evidenzbasierte, praktische Anwendbarkeit miteinander verbindet. Der methodische Ansatz wird in einem interdisziplinären Kontext so konzipiert, dass das methodische Vorgehen konzeptualisiert und in der Praxis erprobt werden kann und dabei der erkenntnistheoretischen Logik folgt.
Kamerabasierte Photoplethysmographie ist eine optische Technik zur kontaktlosen Bewertung der Hautdurchblutung. Aus den erfassten Biosignalen lassen sich Vitalparameter wie die Herzfrequenz oder die Atemfrequenz ableiten, die die Beurteilung des menschlichen Zustands ermöglichen. Eine zentrale Herausforderung ist die robuste Extraktion der Signale, da Arbeitsumgebungen typischerweise nicht stationär sind und Bewegungsartefakte die Messung beeinträchtigen. Die Forschung in diesem Bereich umfasst beispielsweise Methoden zur Optimierung der Kombination von Farbkanälen (Farbvideos bestehen in der Regel aus den drei Kanälen rot, grün und blau) und Methoden zur Bewertung der Qualität und Vertrauenswürdigkeit der extrahierten Vitalparameter. Darüber hinaus wurde eine umfangreiche Studie durchgeführt, um den Einsatz der kamerabasierten Photoplethyssmographie bei mentaler Belastung zu untersuchen.
Die Analyse des zeitlichen Verlaufs der Augenbewegungen während freier Erkundung realer Szenen deutet häufig darauf hin, dass Menschen zwei unterschiedliche Phasen der visuellen Verarbeitung durchlaufen: eine Umgebungs- oder Erkundungsphasefür das periphere Sehen und die schnelle Erfassung niederfrequenter Informationen, gefolgt von einer fokalen Phase für das zentrale Sehen, markante Objekte und hochfrequente Informationen. Die Identifizierung eines solchen Musters auf verschiedenen Ebenen der Aufgabenabwicklung liefert einen Indikator für individuelle Strategien zur Bearbeitung von Aufgaben. Durch die Verwendung verschiedener Aufgabenszenarien, die den flexiblen Charakter von CPPS widerspiegeln, und die Untersuchung der Augenbewegungsparameter, die mit der Ausführung charakteristischer Aufgaben verbunden sind, liefert diese Forschung wichtige Erkenntnisse über die von Bedienern erbrachte Aufmerksamkeit und die kognitive Verarbeitung, die den Arbeitsprozessen in komplexen Systemen zugrunde liegen.
Die Vielfalt der verschiedenen Ansätze zur Bewertung und Evaluierung des Zustands führt zu einer eingehenden Analyse und einem besseren Verständnis der Auswirkungen verschiedener Kooperationsformen auf den Menschen. Die verschiedenen Perspektiven liefern wertvolle Anregungen für die Gestaltung von Systemanpassungen und für die Entwicklung von Bedienerkompetenzen.