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Das Betriebsverhalten von Verarbeitungsanlagen ist geprägt von häufig auftretenden Störungen, die von Bedienern manuell beseitigt werden müssen und deren Arbeitsaufgabe dominieren. Technische Systeme zur Bedienerunterstützung sind für diese Anlagen bisher nicht etabliert. Davon ausgehend wird ein Modell für die kooperative Störungsdiagnose durch Bediener und Assistenzsystem vorgestellt. Durch die Kombination von Bedienerwissen und Prozessdaten wird damit eine gemeinsame Zustandsrepräsentation erstellt, die zu einer zielgenauen Fallerkennung führt und so Bediener bei der Fehlerbeseitigung unterstützt. Als Grundlage für die Entwicklung des Assistenzsystems werden erste Untersuchungen zum Einfluss der Präsentationsform von Lösungsvorschlägen auf die Lösungszeit, die Fehlerraten und die Häufigkeit des Heranziehens von Zusatzinformationen präsentiert.

Zahlreiche chirurgische Assistenzsysteme sind in der klinischen Praxis im Einsatz, um die Genauigkeit und Sicherheit medizinischer Eingriffe zu erhöhen. Die Verwendung von Bildgebungsverfahren durch solche Systeme und die Teilautomatisierung von Prozessen kann einen weiteren Schritt in Richtung höherer Effizienz chirurgischer Interventionen und höherer Patientensicherheit darstellen. Dies stellt jedoch große Herausforderungen an die Systementwickler, welche zur Evaluation dieser Systeme während der Konstruktion geeignete Konzepte und Testmethoden benötigen. Diese Arbeit hat zwei wesentliche Zielsetzungen: Zum einen soll vorgestellt werden, wie zur zielführenden Entwicklung eines duplexsonographisch geführten, semiautomatisch arbeitenden Assistenzsystems zur Gefäßpräparation (ASTMA-System) ein anthropomorphes, physiologisches Phantom anhand zuvor definierter, für die Entwicklung relevanter, Anforderungen konstruiert wurde. Dieses ermöglichte es, die Arbeitsprozesse des Systems und deren Eignung bereits in vitro umfangreich zu testen. Zum andern soll dargestellt werden, wie das Phantom hinsichtlich dieser Anforderungen in einer Studie validiert wurde, um zu gewährleisten, dass dieses für die Systementwicklung erforderliche Eigenschaften aufwies. Dadurch konnten wichtige Informationen über Nutzen und Limitierung der Verwendung des Phantoms und mögliche Probleme des ASTMA-Systems gewonnen werden. Hiermit soll demonstriert werden, wie ein Entwicklungs- und Validierungsansatz für ein Phantom als Testsystem zur Entwicklung und Evaluation ähnlicher komplexer medizintechnischer Systeme mit intraoperativer Bildgebung gestaltet werden kann und welchen Anforderungen solche Phantome genügen sollten. Dies kann dabei helfen, die Systementwicklung zielführend und ressourceneffizient durchzuführen, Probleme bereits während früher Entwicklungsschritte aufzudecken und zu lösen und die Eignung des Verfahrens des entwickelten Systems zu beurteilen.

Die Flugsicherung in Europa befindet sich im Wandel, denn der Europäische Luftraum und die damit verbundenen Prozesse werden seit einigen Jahren harmonisiert. Eine Vielzahl der Forschungsprojekte, die diese Entwicklung begleiten, zielt darauf ab, eine orts- und außensichtunabhängige Arbeitsumgebung für Fluglotsen zu entwickeln. Insbesondere für kleinere Regionalflughäfen besteht die Idee, eine Fernüberwachung in einem Control Center zu bündeln, da die Fluglotsen bis auf die üblichen Peak-Zeiten häufig nicht ausgelastet und teilweise unterfordert sind. Dies ermöglicht nicht nur die Fernüberwachung eines Flughafens, sondern auch die gleichzeitige Überwachung und Kontrolle aller Flugbewegungen von mehreren Flughäfen. Neben den bisherigen Aufgaben eines Fluglotsen, wie das Überwachen des Verantwortungsbereichs und die Gewährleistung einer sicheren und zügigen Abwicklung des Flugplatzverkehrs, ist bei einer Mehrfachkontrolle (Multi-Airport-Control) die Planung des Verkehrsflusses auf den zu kontrollierenden Flughäfen von entscheidender Bedeutung. Neben Systemen zum Außensichtersatz ist hierbei daher auch ein System erforderlich, dass dem Fluglotsen bei der Planung der Flugbewegungen aller Flughäfen unterstützt. Unter Berücksichtigung eines nutzerzentrierten Ansatzes, Richtlinien für einfach bedienbare Benutzerschnittstellen und mit der Intention, auch im Arbeitskontext eine hohe User Experience (UX) zu bieten, wurde das Assistenzsystem MasterMAN entwickelt. Das Konstrukt der User Experience verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz und beinhaltet nicht nur sachbezogene Aspekte wie die Usability des Systems sondern auch hedonische Aspekte wie Nutzeremotionen. Folglich wurde eine interaktive grafische Benutzeroberfläche gestaltet, die sowohl einen leichten und sicheren Umgang mit dem System als auch ein anspruchsvolles, positiv empfundenes Look and Feel gewährleistet. Bei der Evaluierung des Systems wurden neben der analytischen Inspektionsmethode Heuristische Evaluation nach Nielsen (1994) auch die ästhetischen Aspekte der grafischen Benutzerschnittstelle mit dem Fragebogen VisAWI (Visual Aesthetics of Websites Inventory) nach Thielsch & Moshagen (2014) adressiert. Acht Usability-Experten bewerteten das Assistenzsystem, notierten alle Auffälligkeiten und Usability-Probleme und führten ein dazugehöriges Severity Rating durch. Unter Zuhilfenahme dieser Vorgehensweise wurden insgesamt 56 Probleme identifiziert, die im weiteren Verlauf der Entwicklung korrigiert wurden. In einer abschließenden Gruppendiskussion mit allen Evaluatoren und den Entwicklern wurden nach dem Vorbild des Pluralistic Walkthrough die Probleme besprochen und Lösungsansätze mit den Usability-Experten erarbeitet. Hinsichtlich der ästhetischen Gestaltung der Benutzerschnittstelle ergab die VisAWIBewertung ein überdurchschnittliches Ergebnis und bestätigte damit ein ansprechendes Design. Weitere Untersuchungen zur Zufriedenheit von Fluglotsen beim Umgang mit dem System sind geplant.

Die Qualitätslenkung von Reinigungsprozessen erfordert die systematische Erfassung von Eingangs-, Prozess- und Ausgangsgrößen, für die nur teilweise Sensoren zur automatischen Messung verfügbar sind. Da die Eingangsgrößen (Verschmutzungszustand) nicht vollständig inline messbar sind und die Wirkung von Restschmutz auf den Folgeprozess – als Grundlage der Grenzwertfestlegung – nicht vollständig bekannt ist, müssen Vor- und Folgeprozesse in die Datenerfassung einbezogen werden. In diesem Vortrag erläutert Dipl.-Ing. Markus Windisch (Teamleiter Bauteilreinigung des Fraunhofer IVV Dresden) die Entwicklung einer Systemlösung zur Prozessdatenerfassung, zeigt dabei branchenspezifische Herausforderungen und den Praxisnutzen beim Einsatz auf und gibt einen Ausblick auf eine zukünftige Integration von selbstlernenden Assistenzsystemen.

Bildgesteuerte, perkutane Interventionen stellen bei vielen diagnostischen und therapeutischen Fragestellungen eine Alternative zum chirurgischen Vorgehen dar. Hierbei kommen bevorzugt die Sonographie und die Computertomographie (CT) zum Einsatz. Zu den Indikationen für eine gezielte Nutzung der Magnetresonanztomographie (MRT) zählen Befunde, die sich mit anderen Modalitäten nicht ausreichend darstellen lassen, die fehlende Strahlenexposition (CT) sowie Alleinstellungsmerkmale wie der hervorragende native Weichteilkontrast oder die Möglichkeiten zur Darstellung von Temperaturen oder Diffusionsprozessen. Zu den Nachteilen zählen die langen Messzeiten, das starke Magnetfeld sowie die räumliche Enge in den meist röhrenförmigen Geräten, die ein interventionelles Vorgehen oft erschweren. Stereotaktische Führungs- und Navigationshilfen sind kein notwendiger Bestandteil der interventionellen Ausrüstung, ermöglichen jedoch oft eine gezieltere Planung, bessere Visualisierung oder vereinfachte Durchführung, insbesondere gegenüber einer rein kognitiven Einbeziehung der MRT-Informationen. Assistenzsysteme für geschlossene MRT-Geräte sind meist rahmenbasiert und beschränken sich auf bestimmte Regionen, z. B. die Mamma, die Prostata oder das muskuloskelettale System. Diese Arbeit beschreibt hingegen eine leistungsstarke rahmenlose Assistenztechnik (Navigation), die sich praktisch in beliebigen Körperregionen einsetzen lässt. Der Operateur orientiert sich dabei anhand von hochwertigen MRT-Ansichten, die gemäß der in Echtzeit erfassten Nadellage aus einem kurz zuvor erhobenen Referenzdatensatz reformatiert werden. Ausgehend von der Implementierung an einem speziellen offenen MRT-System (0,5 T) werden interventionelle Komponenten und Methoden beschrieben, die erfolgreich auf ein herkömmliches MRT-System (1,5 T) übertragen wurden. Die Einschränkungen des geschlossenen Systems führten dabei zu einer speziellen Registrierungstechnik mit Hilfe einer kompakten, frei positionierbaren Referenzplatte mit resonanten Miniatur-Hochfrequenzspulen (semiaktiv) als MR-Positionsmarker. Im Vordergrund stand die systematische Prüfung der Marker hinsichtlich Signalverhalten und Sicherheit sowie die Zuverlässigkeit und Genauigkeit einer vollautomatischen, bildbasierten 3D-Lokalisation unter experimentellen und klinischen Randbedingungen. Gegenüber herkömmlichen, passiven (Kontrastmittel-) Markern zeichnet sich die semiaktive Technik dadurch aus, dass sie gleichzeitig, auch mehrere, beliebig über das gesamte Messvolumen verteilte Marker, praktisch unabhängig von sämtlichen anatomischen Strukturen lokalisieren kann. Sowohl die Festlegung einer Position (ein Marker) oder einer Ebene (drei Marker) wie auch die navigierte Platzierung einer Nadel zeigten im Experiment ausreichend hohe Genauigkeiten. Auf Basis einer zeitlich optimierten (Subsekunden-) Markerbildgebung konnte experimentell eine robotisch geführte Nadel direkt im MRT bildgebend verfolgt werden, was weitere Anwendungen der Lokalisationstechnik in Aussicht stellt. Navigierte Biopsien an einem Gewebephantom zeigten nach ausschließlich stereotaktischer Positionierung – ohne Kontrollbildgebung – unabhängig vom Erfahrungsgrad der medizinischen Anwender ausreichend hohe Trefferquoten. Gleichzeitig lieferte die Studie wertvolle, auch anwenderspezifische Erkenntnisse über die Bedienbarkeit sowie den Zeitbedarf für einzelne Interventionsschritte. Im Vergleich mit anderen prototypischen oder kommerziellen Systemen zeigte sich die vorgestellte Assistenztechnik – am Beispiel muskuloskelettaler Interventionen – als klinisch flexibel einsetzbar.

Moderne Fahrzeuginformationssysteme ermöglichen es dem Fahrer, während der Fahrt auf eine Vielzahl an geographischen Informationen wie Sonderziele zuzugreifen. Die Auswahl einer Option aus solch umfangreichen Angeboten während der Fahrt kann jedoch zu einem erheblichen Sicherheitsrisiko werden, welches eine Unterstützung des Fahrers bei der Optionsauswahl erforderlich macht. Eine vielversprechende Möglichkeit der Unterstützung liegt im Anbieten von Assistenzsystemen zur personalisierten Sonderzielauswahl. Ziel der hier vorliegenden Dissertation ist die Optimierung der Akzeptanz solcher Assistenzsysteme im fahrzeugspezifischen Nutzungskontext. Hierzu wurde in einer qualitativen Studie zunächst der Nutzungskontext untersucht. Aufbauend auf den Ergebnissen und der Taxonomie für Assistenzsysteme nach Wandke (2005) wurden drei Assistenzarten mit verschiedenen Assistenzgraden identifiziert, die potentiell für die personalisierte Optionsauswahl im Fahrzeug in Frage kommen (adaptierbare Filterassistenz, adaptive Filterassistenz, adaptive Delegationsassistenz). In zwei Szenariobefragungen konnte mit Hilfe des UbiTAM nach Rothensee (2010) aufgezeigt werden, dass alle drei Assistenzarten positiv bewertet wurden. Innerhalb dieser positiven Bewertungen wurden höhere Assistenzgrade signifikant besser bewertet. Basierend auf den Erkenntnissen wurden die Assistenzarten prototypisch realisiert und in zwei Fahrsimulationsstudien hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Fahrleistung und die Güte der Aufgabenbearbeitung untersucht. In den Studien konnten die Ergebnisse zur Akzeptanzbeurteilung bestätigt werden. Zusätzlich wurde deutlich, dass die adaptiven Assistenzarten das höchste Maß an Unterstützung in der Nebenaufgabe boten. Gleichzeitig zeigten sie auch die geringste Auswirkung auf die Fahrleistung. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen für die Gestaltung von Auswahlassistenzsystemen im Fahrzeug nahe, eine Kombination aus adaptiven Filter- und Delegationsassistenzen anzustreben. / Modern vehicle information systems allow the driver to access a variety of geographical information, like points-of-interest, whilst driving. However, selecting an option from an extensive list of options, whilst driving, can pose a significant safety hazard. Thus, it becomes essential to support the driver in this selection process. A promising solution lies in supplying an assistance system that includes a personalised points-of-interest selection. The purpose of this doctoral thesis is to optimise the acceptance of those assistance systems. Firstly, a qualitative study was carried out to examine the context of use. The results were analysed using the taxonomy for assistance systems developed by Wandke (2005). This identified three suitable types of option selection assistance systems, with varying levels of support; adaptable filter assistance, adaptive filter assistance, adaptive delegation assistance. Secondly, the assistance systems were analysed by means of scenario surveys based on the UbiTAM, by Rothensee (2010). The results showed that all three assistance systems were rated positive. Within these positive ratings, those systems offering higher levels of support received significantly better ratings. Based on the findings all three assistance systems were implemented as prototypes. The prototypes were evaluated in two driving simulator studies, in order to assess their effects on both the driving performance and the quality of task processing. The simulator studies verified the results uncovered by the scenario surveys. Additionally, it became clear that adaptive assistance systems provided drivers with the most support during the fulfilment of secondary tasks. Finally, they showed that driving performance was only slightly affected by the use of the adaptive assistance systems. In terms of the development of assistance systems, the results of this thesis suggest that a combination of adaptive filter and delegation assistance should be implemented.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erstellung eines Konzeptes für ein softwarebasiertes Assistenzsystem für die Erstellung des innermaschinellen Verfahrens produktionstechnischer Systeme. Das Konzept wird dabei in Form eines Software-Mockups für die Benutzerschnittstelle des Systems präsentiert. Nach einer Recherche zum Stand von Wissenschaft und Technik, hinsichtlich des konstruktiven Entwicklungsprozesses von Verarbeitungsmaschinen, werden besonders die Arbeitsinhalte und Methoden der zum Prozess zugehörigen Konzeptphase untersucht. Dabei wird abschließend geprüft, inwiefern konkrete Rechnerunterstützungen für die Konzeptphase des allgemeinen Maschinenbaus auf den Bereich des Verarbeitungsmaschinenbaus übertragbar sind. Es folgt die Zusammenfassung verschiedener Vorgehensmodelle für die Softwareentwicklung sowie ein Überblick zu den Grundlagen der Softwareergonomie. Bei der folgenden Konzeptentwicklung werden die Rechercheergebnisse aufgegriffen. Angelehnt an die Arbeitsschritte des klassischen Phasenmodells der Softwareentwicklung werden zunächst Anforderungen und Spezifikationen für das zu entwickelnde Assistenzsystem aufgestellt. In einer sich anschließenden Entwurfsphase wird der zukünftige Systemaufbau umrissen. Zudem werden Entwürfe, in Form von Wireframes, für die Darstellung einzelner Funktionalitäten der künftigen Benutzerschnittstelle des Assistenzsystems erstellt. Diese werden verglichen und kombiniert, sodass eine gewählte Vorzugslösung für die Mockup-Erstellung bereitsteht. Abschließend werden, nach erfolgter Umsetzung des Mockups, für die Erstellung des innermaschinellen Verfahrens anhand eines konkreten Maschinenbeispiels, Möglichkeiten zur Konzepterweiterung und -umsetzung vorgeschlagen. / The aim of the following thesis is the development of a concept for a software-based assistance system which supports the creation of the process model of processing machines. The concept is presented as a software mockup that shows the user interface of the system. After an investigation on the state of science and technology, regarding the constructive development process of processing machines, especially the contents and methods of the concept phase, which is associated with the process, are examined. Finally, it is being checked which specific computer support for the concept phase of general mechanical engineering can be transferred to the field of processing machine construction. The summary of various proceed models for general software development follows as well as an overview on the basics of software ergonomics. During the subsequent concept development, the findings from the research are used. Based on the work steps of the phase model of software development, requirements and specifications for the concept, which has been developed, are initially set up. In the following design phase, the future system structure is outlined. In addition, drafts presented as wireframes are created for the presentation of individual functionalities of the future user interface of the assistance system. In the conclusion they are compared to and combined with each other so that a chosen preferred solution is available for mockup creation. Finally, after the realization of the mockup that shows the creation of the process model based on a tangible machine example, ways to expand and to implement the concept are proposed.