Nr. 07 – Modellierung und Simulation in Mensch-Maschine-Systemen, Juni 2004
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- ZeitschriftenartikelEditorial zum Themenheft Modellierung und Simulation in Mensch-Maschine-Systemen(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004) Leuchter, Sandro; Kindsmüller, Martin Christof; Schulze-Kissing, Dirk; Urbas, Leon
- ZeitschriftenartikelModellierung und Simulation menschlichen Verhaltens als Methode der Mensch-Maschine-System-Forschung(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004) Kindsmüller, Martin Christof; Leuchter, Sandro; Schulze-Kissing, Dirk; Urbas, LeonDerzeit wird Modellierung und Simulation des menschlichen Verhaltens innerhalb eines Mensch-Maschine-Systems, beispielsweise zur Verbesserung der Mensch-Maschine-Interaktion noch vergleichsweise selten eingesetzt. Ziel des Artikels ist die Identifizierung potentieller Barrieren eines solchen Einsatzes und das Aufzeigen von Maßnahmen zu deren Überwindung. Gegenstand der Betrachtung ist sowohl die aktuelle betriebliche Praxis und die derzeitigen Randbedingungen des Einsatzes von Modellierungs- und Simulationsmethoden, als auch die Weiterentwicklung dieser Methoden an Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen. Des Weiteren werden Anforderungen abgeleitet und der Entwicklungsbedarf in Bezug auf Theorien, Modellierungsmethoden und Simulationswerkzeugen definiert. Weiterhin werden konkrete Anforderungen an kognitive Modelle in der Systementwicklung aufgestellt. Ein kurzer Ausblick auf zukünftige Entwicklungen bildet den Abschluss.
- ZeitschriftenartikelChoosing and getting started with a cognitive architecture to test and use human-machine(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004) Ritter, Frank E.Dieser Artikel liefert einen anleitenden Überblick über Erstellung und Einsatz von kognitiven Modellen unter Verwendung von kognitiven Architekturen zur Unterstützung der Gestaltung von Mensch-Maschine-Schnittstellen. Der Beitrag liefert eine praxisorientierte Einführung in die Anwendung von kognitiven Architekturen indem er sowohl eine allgemeine Anleitung, als auch Verweise auf bereichsspezifische Ressourcen beinhaltet. Es werden Fragen zur Auswahl einer Architektur behandelt und verschiedene Architekturen, die zur Evaluierung von Schnittstellen eingesetzt werden oder eingesetzt werden könnten, besprochen. Eine Auswahl an Lernmaterialien zu Architekturen und Modellierung, einschließlich online verfügbaren Materialien wird beschrieben. Des Weiteren wird das Testen und Validieren von Modellen behandelt; diskutiert wird insbesondere der Stellenwert des Nachweises, dass ein Modell Wert ist Ernst genommen zu werden, sowie der Stellenwert des Wissens an welchen Stellen es verbessert werden kann. Der Artikel schließt mit der Bemerkung, dass einige der spannendsten offenen Fragen in Bezug auf kognitive Architekturen und kognitive Modellierung in den Bereichen des Beschreibungsumfangs der Modelle, der Modellintegration und der Benutzerfreundlichkeit der Modelle liegen.
- ZeitschriftenartikelExtending ACT-R for modeling dynamics and timing for operating human-machine systems(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004) Leuchter, Sandro; Urbas, LeonDer Artikel zeigt das Potential architekturgebundener kognitiver Modelle am Beispiel von ACT-R für die Gestaltung von Mensch-Maschine-Systemen in verschiedenen Domänen auf und identifiziert Entwicklungsbedarf für diesen Einsatzbereich. Mit den kognitionswissenschaftlich fundierten Elementen Gedächtnisabruf, subsymbolische Aktivierung, Perzeption und Motorik stellen kognitive Architekturen eine elaborierte und insbesondere aufgrund aktueller Entwicklungen in der Modellkompilation aus höheren Abstraktionsebenen inzwischen auch effizient einsetzbare und solide Basis dar. Für zukünftige Anwendung für Mensch-Maschine-Systemen leiten die Autoren aus einer Betrachtung verschiedener Modellierungsanstrengungen mit dem System ACT-R in verschiedenen Domänen die Notwendigkeit der Erweiterung auf Architekturebene mit Elementen zur einheitlichen Behandlung des Abrufs zeit- und dauerbezogener Informationen, dem Management paralleler Ziele und einer mehrschichtigen Anbindung an Modelle der technischen Teilsysteme ab.
- ZeitschriftenartikelAntizipative Modellierung des Benutzerverhaltens mit Hilfe von Aktionsvorhersage-Algorithmen(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004) Künzer, Alexander; Ohmann, Frank; Schmidt, LudgerEs wird die Entwicklung eines adaptiven Hilfesystems bzw. Tutors für eine multimodale Benutzungsschnittstelle zum 3D-Laserschweißen in Autonomen Produktionszellen vorgestellt. Dabei wird ein generischer und antizipativer Ansatz verfolgt, welcher kein spezifisches Domänenwissen benötigt, sondern lediglich das Benutzerverhalten beobachtet. Verschiedene Vorhersagealgorithmen aus der Literatur werden untersucht und zwei eigene Aktionsvorhersage-Algorithmen (KO- und LEV-Algorithmus) vorgestellt. Diese basieren auf der Ähnlichkeit von Benutzersequenzen bzw. der Häufigkeit von Untersequenzen innerhalb der Datenbasis. Alle Algorithmen werden sowohl innerhalb eigener Szenarios als auch mit den Referenzdaten von Greenberg bewertet. In allen untersuchten Fällen erreichte der KO-Algorithmus die höchsten Vorhersagegüte. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurden das Hilfe- und das Tutorsystem bewertet. Es zeigte sich, dass die verschiedenen Algorithmen gut geeignet sind, das Benutzerverhalten zu prognostizieren und dass eine adaptive Hilfe die Ähnlichkeit mit den Interaktionssequenzen der Experten steigert.
- ZeitschriftenartikelAkteursbasierte Simulation in Virtuellen Welten(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004) Asselmeyer-Maluga, Torsten; Frank, Peter; Hoheisel, Andreas; Rosé, Helge; Walter, BertramIm Rahmen des M3-Projektes werden Fragen der Nachhaltigkeit behandelt, d.h. Fragen der Form: Welche Folgen hat die Luftbelastung, die durch industrielle Produktion entsteht, für einen Bauern, der in der Nähe sein Feld bestellt? Wie wirken sich wiederum seine Aktionen auf die nahe gelegenen Wälder und Gewässer aus? In der interaktiven web-basierten Simulation bestimmen die Teilnehmer durch eigene Aktionen Abläufe und Entwicklungen in alltäglichen Situationen. Dadurch können Problemlösungen gefunden werden, die nicht immer offensichtlich sind. Das M3-System besteht aus 3 Teilen: das Multi-User Virtual Environment (MUVE), den Modell Server und der System-Datenbank. Jeder User erhält Zugang über einen in Java geschriebenen 3D-Client und wird durch einen Avatar im MUVE repräsentiert. Auch die Umwelt-Simulationsmodelle besitzen solche Repräsentanten und die Wechselwirkungen in der virtuellen Welt führen zur Kopplung der Simulationsmodelle, welche durch den Modell-Server vermittelt werden. Auf diese Art und Weise wird eine effektive Modell-Kopplung realisiert. Dabei wird auch die Wechselbeziehung zwischen Umwelt und Avatar dargestellt. Jede Aktion in der virtuellen Welt hat direkte Auswirkungen auf den Avatar selbst.
- ZeitschriftenartikelAnsätze zur kognitiven Simulation eines Autofahrers(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004) Krajzewicz, Daniel; Wagner, PeterDas Institut für Verkehrsforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (IVF/DLR) setzt in vielen Projekten Simulationen des Straßenverkehrs ein, z.B. um Schwachstellen in Verkehrsnetzen zu finden oder um Geräte zur Verkehrskontrolle oder -beeinflussung während ihrer Entwicklung zu bewerten. In der Regel kommen dabei sogenannte mikroskopische Simulationen zum Einsatz, deren betrachtete Größe ein Fahrer-Fahrzeug-Objekt ist, das die Bewegung eines Fahrzeugs im Verkehrsnetz durch wenige Gleichungen beschreibt. Solche Modelle erlauben die Simulation des Straßenverkehrs großer Städte in Echtzeit, allerdings bilden sie den Prozess des Fahrzeugführens nur vereinfacht ab. Innerhalb eines der Projekte des IVF soll das Verhalten eines einzelnen Autofahrers genauer untersucht und modelliert werden. Während solche Modelle auch für andere Gebiete der Verkehrsforschung interessant sind, z.B. der Forschung zu Fahrsicherheit oder zu Fahrerassistenzsystemen, erhoffen wir uns, so Rückschlüsse auf den Verkehrsfluss ziehen und somit die Qualität mikroskopischer Modelle erhöhen zu können. Im Rahmen dieses Berichts sollen nach einer kurzen Einführung in die Thematik Verkehrssimulation unsere ersten Ansätze zum Aufbau einer in ein simuliertes Verkehrsgeschehen integrierten Simulation der Fahrerkognition gegeben werden.
- ZeitschriftenartikelOpportunities and Challenges of Modeling User Behavior in Complex Real World Tasks(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004) Schoppek, Wolfgang; Boehm-Davis, Deborah A.Die kognitive Modellierung kann im Anwendungskontext wie in der Grundlagenforschung eine wertvolle Methode sein. Wegen der Komplexität und dem erforderlichen Expertenwissen ist die Modellierung von Real World -Aufgaben schwieriger als die von Laboraufgaben. Die Entwicklungszeit muss kurz sein und die Modelle müssen gültige Vorhersagen erbringen, wenn diese Methode in der angewandten Forschung für die Mensch-Maschine-Interaktion einen Einfluss erlangen soll. Wir vertreten die Auffassung, dass diese Anforderungen nur durch die Modellierung innerhalb von kognitiven Architekturen erfüllt werden können, in denen Standard-Lösungen für Mechanismen wie Entscheiden und Zielverwaltung vorgegeben sind. Als ein Beispiel für dieses Vorgehen, stellen wir ein ACT-R-Modell vor, das die Interaktion zwischen Pilot und Flight-Management-System simuliert. Das Modell erfüllt die vorgegebenen Aufgaben sehr gut, kann aber nur eine Teilmenge der Fehler begehen, die Menschen gewöhnlich machen. Unsere Forschung erbrachte nützliche Hinweise, wie ACT-R für die Simulation in komplexeren und dynamischeren Aufgabenumgebungen zu erweitern ist. Die meisten Aspekte, für die ACT-R nicht genug Beschränkungen liefert, resultieren aus der Aufgabendynamik und der Anforderung Teilaufgaben während langer Zeitintervalle auszulassen.
- ZeitschriftenartikelServiceteil Modellierung und Simulation für Mensch-Maschine-Systeme(MMI Interaktiv - Modellierung und Simulation in Mensch: Vol. 1, No. 07, 2004)