Kontextabhängiger Entwurf von Human-Cyber-Physical Systems

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Meike Jipp; Professor Dr. Frank Köster; Professor Dr. Sebastian Lehnhoff
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433524434

Cyber-physikalische Systeme gewinnen zunehmend an Autonomie während sie gleichzeitig mehr und mehr mit menschlichen Nutzern kollaborieren und interagieren, wodurch das Konfliktpotenzial durch Missverständnisse steigt. Das systematische Design solcher Systeme erfordert folglich die geeignete Integration von Einflüssen durch und Beziehung zu menschlichen Nutzern. In diesem Zusammenhang tauchen Fragen auf, wie Modelle von Nutzern, deren soziales und ethischen Empfinden sowie rechtliche und regulatorische Bedingungen für eine on-line Konfliktlösung in verteilten Systemen implementiert werden können, sodass Akzeptanz durch die Nutzer, sichere Nutzung und nachweisbare Einhaltung domänenspezifischer Vorgaben erreicht werden können.Das Vorhaben entwickelt eine innovative Methodik zur Nutzerintegration bei der Entwicklung effizienter Mensch-Maschine-Systeme (Human-Cyber-Physical Systems, HCPS). Hierzu wird auf die einzigartigen Laborinfrastrukturen der Antragsteller aus dem Energie- sowie aus dem Automotive-Bereich zurückgegriffen. Die Untersuchungen fokussieren zwei Anwendungsfälle aus diesen Domänen, um ein breites Spektrum von Interaktionsszenarien der Zusammenarbeit von Menschen und verschiedenen cyber-physikalischen Systemen abzudecken und Übertragbarkeit zu garantieren.Als Teil des Paketantrags entwickelt dieses Teilprojekt zuverlässige und valide Methoden zur Untersuchung geeigneter Kommunikationsparadigmen für Entscheidungsgrundlagen (wie sie in Teilprojekt 2 untersucht werden), um die Interaktion mit dem System zu erleichtern und somit Vertrauen und Akzeptanz zu stärken.Im Ergebnis entsteht ein Entwurfsmodell für neue HCPS, das für unterschiedliche Kontexte individuell instanziiert werden kann. Hierbei kommen sowohl weiche (z.B. Usability-Studien) als auch harte Methoden (basierend auf quantitativen Messungen im Labor) zum Einsatz, mit verschiedenen Modellen für Nutzercharakteristik, temporären mentalen bzw. kognitiven Fähigkeiten, aktuellem situativem Betrieb oder nationalen/regionalen Normen.Um dieses Ziel zu erreichen, wird Wissen über Nutzermotivation aus TP1 integriert. Das spieltheoretische Modell aus TP2 wird in einer nutzereinschließenden Multi-Domänen-Co-Simulation empirisch untersucht bezüglich des Einflusses der hierdurch generierten Entscheidungserklärung auf Vertrauen, Nutzung und Akzeptanz. Domänen-spezifische Argumentationsaspekte (Begründungen, Erklärungen) werden zwecks Prozessautomation modelliert als Domänenontologie. Es werden zuverlässige und valide Methoden entwickeln, die geeignet sind, zu beurteilen und zu untersuchen, wie Entscheidungsbegründungen innerhalb von HCPS kommuniziert, wahrgenommen und verstanden werden, wenn Nutzer durch situationsbedingtem Stress (mit Modellparametern aus TP4) intellektuell überfordert sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen