Kognitive Modellierung mit Farbigen Petrinetzen zur Analyse menschlichen Verhaltens

Abstract

Die Gestaltung von Arbeitsplätzen in Mensch-Maschine-Systemen ist noch immer durch ein technikzentriertes Vorgehen geprägt, welches sich an der technischen Realisierbarkeit orientiert. Die Unterstützung der Operateure ist durch partielle Automatisierung von Einzelfunktionen gekennzeichnet. Die daraus resultierenden Änderungen in den Arbeitsabläufen des Bedieners führen häufig zu Inkonsistenzen im Gesamtsystem. Probleme werden oft erst in kritischen Arbeitssituationen festgestellt, in denen Störungen in der Mensch-Maschine-Interaktion auftreten. Die vorliegende Arbeit stellt einen modellbasierten Ansatz zur ganzheitlichen Betrachtung von Mensch-Maschine-Systemen vor. Die als menschzentrierte Modellierung bezeichnete Vorgehensweise ermöglicht eine differenzierte Beschreibung menschlicher Informationsverarbeitungsprozesse, ohne dabei die ganzheitliche Betrachtungsweise des Mensch-Maschine-Systems aufzugeben. Sie dient als Unterstützung bei der Gestaltung der Arbeitsabläufe von Operateuren. Das im Rahmen der Arbeit entwickelte Formale Kognitive Ressourcen (FCR)-Modell berücksichtigt als herausragende Eigenschaft die Beschränktheit der Verarbeitungsleistung des menschlichen Bedieners, aus der sich die Notwendigkeit der Integration und Organisation verschiedener Handlungsfolgen zu einem Arbeitsprozess ableitet. Die damit verbundene Beschreibung des motivatorischen Charakters kognitiver Systeme ermöglicht die Darstellung zielgerichteten Handelns in Mehraufgabensituationen und geht damit über den Darstellungsumfang klassischer kognitiver Modellarchitekturen hinaus. Als Beschreibungsmittel finden Farbige Petrinetze Anwendung. Im Modell wird eine direkte Zuordnung zwischen den Darstellungselementen der Farbigen Petrinetze und den Komponenten kognitiver Systeme hergestellt. Dadurch finden die Komponenteneigenschaften inhärent in der Modellarchitektur Berücksichtigung. Durch die Anwendung formaler Analysemethoden können charakteristische Eigenschaften des kognitiven Systems, wie die zielgerichtete Handlungsausführung oder die Ressourcenbeschränkung, überprüft werden. Dazu werden die analysierbaren Netzeigenschaften mit den Eigenschaften des kognitiven Systems in Beziehung gesetzt und interpretiert. In einem ersten Validierungsschritt wird eine qualitative Überprüfung der Abbildung der Handlungsabläufe im Modell durch den Vergleich mit empirisch erfassten Verhaltensdaten bei der Bedienung einer Mikrowelt vorgenommen. Durch den Abgleich des Bedienverhaltens konnten individuelle Unterschiede der Operateure bei der Bearbeitung von Mehraufgabensituationen durch das FCR-Modell abgebildet werden. Durch die Variation kognitiver Modulationsparameter wurden die modellierten Ergebnisse mit den experimentellen Verhaltensdaten qualitativ in Übereinstimmung gebracht. Das Modell im derzeitigen Entwicklungsstand dient zur Analyse menschlicher Informationsverarbeitung und ermöglicht somit das Aufdecken kritischer Situationen bzw. das Feststellen von Ursachen für Fehlverhalten. Es können ungünstige Prozessverkettungen innerhalb des Mensch- Maschine-Systems festgestellt werden und daraus Erklärungsansätze für ein bestimmtes Entscheidungsverhalten abgeleitet werden.