Die Mensch-Computer-Interaktion wird dank neuer Eingabemöglichkeiten jenseits von Tastatur und Maus reicher, vielseitiger und intuitiver. Durch den Verzicht auf zusätzliche Geräte beim Umgang mit Computern geht seitens der Eingabeverarbeitung jedoch eine erhöhte Komplexität einher: Die Programmierung gestischer Eingabe für Multitouch-Systeme ist in derzeitigen Frameworks abgesehen von den verfügbaren Standard-Gesten mit hohem Aufwand verbunden. Die entwickelte Gestenformalisierung für Multitouch (GeForMT) definiert eine domänenspezifische Sprache zur Beschreibung von Multitouch-Gesten. Statt wie verwandte Formalisierungsansätze detaillierte Filter für die Rohdaten zu definieren, bedient sich GeForMT eines bildhaften Ansatzes, um Gesten zu beschreiben. Die Konzeption von Gesten wird unterstützt, indem beispielsweise in einem frühen Stadium der Entwicklung Konflikte zwischen ähnlichen Gesten aufgedeckt werden. Die formalisierten Gesten lassen sich direkt in den Code einbetten und vereinfachen damit die Programmierung. Das zugrundeliegende Framework sorgt für die Verbindung zu den Algorithmen der Gestenerkennung. Die Übertragung des semiotischen Ansatzes zur Formalisierung auf andere Formen gestischer Eingabe wird abschließend diskutiert.

We often form intentions but have to postpone them until the appropriate situation for retrieval and execution has come, an ability also referred to as event-based prospective memory. After intention completion, our cognitive system has to deactivate no-more-relevant intention representations from memory to avoid interference with subsequent tasks. In everyday life, we frequently rely on these abilities also in stressful situations. Surprisingly, little is known about potential stress effects on these functions. Therefore, the present study aimed to examine the reliability of event-based prospective memory and of intention deactivation in conditions of acute psychosocial stress. To this aim, eighty-two participants underwent the Trier Social Stress Test, a standardized stress protocol, or a standardized control situation. Following this treatment, participants performed a computerized event-based prospective memory task with non-salient and focal prospective memory cues in order to assess prospective memory performance and deactivation of completed intentions. Although the stress group showed elevated levels of salivary cortisol as marker of a stress-related increase in hypothalamus-pituitary-adrenal axis activity throughout the cognitive testing period compared to the no-stress group, prospective memory performance and deactivation of completed intentions did not differ between groups. Findings indicate that cognitive control processes subserving intention retrieval and deactivation after completion may be mostly preserved even under conditions of acute stress.

Major accidents in the process industries occurred mostly as an outcome of multiple failures in different safety barriers and their interrelation with unsafe acts by frontline operators. This has become the reason why safety analyses in terms of plant technical aspects cannot be performed independently from analysing human response to the changing technology. Unsafe acts and errors by operators must be seen as a symptom of system insufficiencies and underlying problems, rather than as the cause of an accident. With this paradigm, the need to optimally configure the system and the whole working condition to understand human’s limitation and requirements becomes very evident. It is too naive to desire that human operators make zero error by asking them to change their behaviour and to perfectly adapt to the system. Human Factors (HF) attempts to cope with the need to understand the interrelation between human operators, the technology they are working with and the management system, with the aim to increase safety and efficiency. In achieving this goal, HF must be incorporated into the whole plant lifecycle, from the earliest design stage to plant operation and modifications. Moreover, HF analysis must comprise all kinds of operators’ activities and responsibilities in operating process plants, which can include manual works in field and supervisory control conducted remotely from a control centre/room. This work has developed techniques that provide systematic way to incorporate HF into process plant lifecycle. The new HF analysis technique, PITOPA-Design, in a combination with the classic PITOPA, is applicable for an implementation during design and operation of a plant. With the awareness that safety analysis and HF cannot be performed separately, an interconnection with HAZOPs is made possible by means of this new technique. Moreover, to provide a systematic analysis of operators’ work in control room, an additional technique, the PITOPA-CR was also developed. This HF technique can as well be integrated into a general HF analysis both during design phase and plant operation. In addition to it, results coming from PITOPA-CR will provide information required to optimally configure control and alarm system, as well as the whole alarm management system to better understand the limitation and requirements of control room operators. The structure of the development can be described as follows: i) Development of HAZOPA (the Hazards and Operator Actions Analysis), which provides the interconnection between HF analysis and HAZOPs, ii) Development of PITOPA-Design, a technique to incorporate HF consideration into design phase, which is differentiated into 3 stages to comprise the conceptual design, the basic engineering and the detail engineering phase, iii) Development of PITOPA-CR, a technique for HF analysis in control room, iv) Integration of PITOPA-CR into alarm management system, development of a technique for alarm prioritization. / Schwere Unfälle in der Prozessindustrie erfolgen meist aus einem Zusammenspiel mehrerer verschiedener Fehler und der gleichzeitigen Wechselwirkung mit falschem menschlichem Handeln. Dabei sind diese Fehlhandlungen nicht als Unfallursache anzusehen, sondern sie resultieren aus Fehlern, die in dem System selbst zu finden sind. Aus diesem Grund kann bei der Sicherheitsanalyse die technische Analyse nicht unabhängig von der Betrachtung des Human Factors (HF) durchgeführt werden. Um eine Reduzierung der Fehlhandlungen zu erreichen, müssen das Anlagendesign, die Bedienbarkeit und die Arbeitsumgebung an die menschlichen Fähigkeiten angepasst werden. Human Factors (HF) betrachtet die Interaktion zwischen menschlichen, technischen und organisatorischen Aspekten einer Anlage, mit dem Ziel die Sicherheit und Effektivität der Anlage zu optimieren. Dafür ist eine Einbindung von HF in den gesamten Lebenszyklus einer Anlage notwendig. So müssen HF- Analysen nicht nur während des Betriebs einer Anlage und bei Prozessmodifikationen durchgeführt werden, sondern auch während des gesamten Design- Prozesses, da gerade in den frühen Design-Phasen das Optimierungspotential besonders hoch ist. Eine solche Analysemethode muss alle Aufgaben eines Operators erfassen, so dass zwischen manueller Arbeit und der Arbeit in der Leitwarte unterschieden werden muss. In dieser Arbeit wurden Analysentechniken entwickelt, die einen systematischen Ansatz zur Berücksichtigung des HF über den gesamten Lebenszyklus einer verfahrenstechnischen Anlage darstellen. Mit Hilfe der neuen Analysemethode, PITOPA-Design, können Untersuchungen sowohl während der Designphase als auch während des Betriebs einer Anlage durchgeführt werden. Da solche HF-Analyse immer in Verbindung mit einer klassischen Sicherheitsanalyse erfolgen muss, bindet die neue Methode die HAZOP-Analyse direkt ein. Darüber hinaus wurde ein weiterer Ansatz für die Analyse von Operatorhandlungen in einer Messwartenarbeit entwickelt. Diese neue Analysentechnik, PITOPA-CR, bildet die Grundlage für Verbesserungen im Alarmsystem und wird in das Alarmmanagementsystem eingebunden. Die Arbeit ist wie folgt strukturiert: i) Entwicklung von HAZOPA (the Hazards and Operator Actions Analysis). Diese Methode stellt die Einbindung der HF-Analyse in HAZOP dar. ii) Entwicklung von PITOPA-Design, zur HF-Analyse während des gesamten Designprozesses einer verfahrenstechnischen Anlage. Die Methode wurde in 3 Teile eingeteilt, um die drei Designsphasen Conceptual-, Basic-, und Detail-Design zu erfassen. iii) Entwicklung von PITOPA-CR, zur HF-Analyse in der Messwarte. iv) Einbindung von PITOPA-CR in das Alarmmanagementsystem und Entwicklung einer Technik zur Alarmpriorisierung.

Zugl.: Augsburg, Univ., Diss., 2006

The work of an engineer is closely intertwined with safety. An engineer’s perception of the “safety” task is traditionally inherent in his or her design. However, in the technical world most machines and systems designed by engineers contain a human element, which engineers have to consider in their work. In the oil and gas upstream industry – especially drilling, production and workover operations – petroleum engineers (including drilling and production engineers) are responsible not only for design but also for operational and organizational aspects. The human factor becomes more important in complex offshore operations. Incorporating safety into a sys-tem design requires identifying, analyzing and evaluating risks and ensuring that any not accounted for are taken into consideration. This process requires communication among everyone involved in the process. Analysis of accidents in the oil and gas industry shows that often a lack of that communication led to incident triggering events. In this thesis, the author proposes a novel communication model that improves this exchange of information and supposedly makes the process of risk assessment more effective. In addition, the new model also incorporates factors such as emotions, feelings, needs and imagination into the risk assessment process. This broadens the information base for the risk identification and analysis and creates an atmosphere of psychological ownership for the stakeholders in the process, which leads to a perceived safety climate in the organization where the new model is applied. The innovative communication or consultation model, as it is also referred to in risk assessments, is based on a structured process used in conflict resolution called mediation. Mediation is an alternative conflict resolution process that is centered on mutual under-standing and listening to each other’s needs. The process is composed of elements that characterize it. These elements of mediation are used to assess other communication processes and to develop new communication models. The application of the elements of mediation and the safety-mediation consultation into the risk assessment process enables this process to be enhanced with human factors such as emotions, feelings, intuition and imagination. The inclusion of all stakeholders creates psychological ownership, improves communication, enables organizational learning and expands the knowledge base for risk analysis. The applicability of the safety-mediation consultation process for a human factor-based risk assessment is presented and tested using illustrative examples and field cases from the international oil and gas industry. Possible concerns and limitations are also discussed. This thesis shows that mediation and elements of the mediation process can be applied to improve communication in the international oil and gas industry. This is facilitated by educated safety mediators, who help the petroleum engineer and operational crew on a drilling rig to achieve a better understanding by ensuring that they hear and fully register each other’s needs.

Das Fahrrad ist ein attraktives Verkehrsmittel für Menschen jeden Alters. Es ermöglicht Mo-bilität und damit gesellschaftliche Teilhabe bis ins hohe Alter, ist preiswert, und die regel-mäßige Bewegung verbessert die Gesundheit und macht Spaß. Da allerdings Radfahrerinnen und Radfahrer ab 60 Jahren besonders von schweren Unfallfolgen betroffen sind, ist bei ihnen die Verhütung von Unfällen wichtig. Typische Unfälle älterer Radfahrender hängen mit körperlichen Schwierigkeiten zusammen, die mit zunehmendem Alter häufiger werden. Die Beweglichkeit nimmt ab, was das Auf- und Absteigen erschwert und auch den Schulterblick beim Linksabbiegen. Etwa jeder sechste Unfall, aufgrund dessen ältere Radfahrer im Kran-kenhaus behandelt werden, ist dadurch entstanden, dass der Radfahrer beim Auf- oder Ab-steigen von der Pedale gerutscht ist. Weitere typische Unfallursachen sind Schwierigkeiten mit der Oberfläche (Schlaglöcher, Bordsteinkanten u.ä.) aufgrund abnehmender Koordinati-onsfähigkeit und fehlendes Umschauen beim Linksabbiegen. Durch die körperlichen Verän-derungen wird das Radfahren im Alter nicht nur gefährlicher, sondern auch mühsamer und damit auch weniger attraktiv als in jüngeren Jahren. Kraft und Kondition nehmen ab, wodurch lange Touren und Anstiege weniger attraktiv sind. In Zusammenarbeit mit der Universität Leipzig wurde ein motorisches Training für ältere Radfahrerinnen und Radfahrer entwickelt, das die motorischen Schwierigkeiten beseitigen sollte. Dieses Training wurde in 14 mittleren und kleinen Städten in Sachsen und Sachsen-Anhalt experimentell geprüft. An dem Training nahmen ein halbes Jahr lang 147 Radfahrende ab 60 Jahren teil, die in 7 Orten oder deren Umgebung lebten. Sie wurden mit 167 un-trainierten Radfahrenden ab 60 Jahren verglichen, die in oder bei 7 anderen Orten lebten. Es fanden drei Testungen und Befragungen statt, vor dem Training, direkt danach und vier Mo-nate nach Abschluss des Trainings. Die Projektpartnerinnen der Technischen Universität Dresden waren zuständig für die Prüfung der Effekte hinsichtlich Intensität der Radnutzung, geschilderter körperlicher Beschwerden und darauf resultierender Beeinträchtigungen im Straßenverkehr, erlebte Schwierigkeiten beim Radfahren und die Leistung in einem Fahrradparcours. Es konnte kein Effekt des Trainings auf diese Maße gezeigt werden. Schon bei der ersten Testung berichteten die Teilnehmenden insgesamt keine bis wenig körperliche Beschwerden und nur geringe Schwierigkeiten beim Radfahren, so dass hier von einem Bodeneffekt auszugehen ist. Ähnliches galt für die Fahrleistung. Viele Teilnehmende wurden über Sportvereine rekrutiert, um nicht nur extrem aktive Radfahrende für die Untersuchung zu gewinnen. Allerdings zeigte sich, dass die Teilnehmenden das Fahrrad auch schon vorher für viele Wege nutzten. Ent-sprechend erhöhte das Training die Fahrleistung nicht. Auch die Leistung im Fahrrad-Parcours wurde durch das Training nicht verbessert, obwohl hier so viele Fehler gemacht wurden, dass Spielraum für eine Verbesserung gewesen wäre. Die Befragten wurden nach Alleinunfällen und Zusammenstößen mit anderen Verkehrsteil-nehmenden nach dem 59. Geburtstag gefragt; 81% dieser Unfälle waren Alleinunfälle. Das Fahrrad hatte viele Teilnehmende über ihr gesamtes Leben begleitet, wie die Mobilitätsbio-grafien zeigten. Die Wegetagebücher zeigten, dass die Gewohnheit den stärksten Einfluss bei der Verkehrsmittelwahl hatte. Das Rad, das Zu-Fuß-Gehen und das Auto waren für die Teilnehmenden sehr wichtig, öffentliche Verkehrsmittel im Nah- und Fernverkehr kaum. Die subjektive Bedeutung des Radfahrens zeigte sich in den Faktoren Praktischer Nutzen, Le-bensqualität, Kontakte/Aktivitäten und einem Faktor, der auch auch positive Folgen des Auf-hörens (Fahrrad nicht mehr reparieren müssen) beschreibt. Stärkere Auswirkungen des Auf-hörens erwarten Personen, die das Rad mehr nutzen und seltener Auto fahren. / Cycling is an attractive mode of transport for persons of any age. It offers mobility and there-fore participation in society up to old age and is inexpensive. Regular physical activity improves health and is fun. On the other hand, cyclists aged 60 and older tend to suffer severe consequences when they are involved in accidents. For this reason accident prevention is especially important for this group. Typical accidents involving older cyclists are related to physical difficulties which are more frequent in older persons. About one in six accidents requiring physical treatment in hospital is due to slipping from the foot pedal while mounting a bike or dismounting from it. Further typical causes of accidents are difficulties with the surface (potholes, curbs, etc.) and not turning round before an offside turn. Physical changes make cycling not only more dangerous for older persons but also more strenuous and for this reason also less attractive. Strength and fitness decrease, making longer cycling tours and hills less attractive. Physical flexibility decreases, making mounting and dismounting and turning round before an offside turn more difficult. As coordination decreases, dealing with bad surfaces becomes harder. In cooperation with Leipzig University, a motor training concept for older cyclists was devel-oped. The aim of this training program was to reduce the motor difficulties of older cyclists. The training program was tested in an experimental design in 14 medium and small cities in Saxony and Saxony-Anhalt. 147 cyclists aged 60 or older participated in a half-year training program. These subjects lived in or close to seven cities. They were compared to 167 cyclists aged 60 and older who lived in or close to 7 other cities. The participants took tests and answered questionnaires three times, before the training program, immediately after the training program and four months after the training program. The project partners from Technische Universität Dresden were responsible for testing the effects of the training on intensity of bike use, reported physical problems and their conse-quences in traffic, perceived difficulties in traffic situations and performance in a cycling course. No effect of the training on these measures could be shown. Already in the first test period the participants reported too few physical problems and resulting difficulties in traffic, and only few problems in traffic situations. Here a ceiling effect was found. A similar result was found for cycled distance. Many participants were recruited via sports clubs in order to ensure that not all participants were highly active cyclists. But the first survey shows that the participants already used their bike for many trips before the training program. For this reason the training program did not increase cycled distance. The training program did not improve performance in the cycling course, although so many mistakes were made that there was certainly plenty of scope for improvement. The participants were questioned about single bike crashes and crashes with other road users after their 59th birthday; 81 per cent of these crashes were single bike crashes. For many participants, their bike had been an accompanying feature during their whole life, as their mobility biographies showed. The trip diaries showed that habits had the most important influence on choice of transport mode. Cycling, walking and driving were very important for the participants, public transport was relatively unimportant for short as well as for long dis-tances. The subjective importance of cycling was evident in terms of the factors practical benefit, quality of life, contacts/activity and a factor which comprised positive consequences of giving up cycling as well (no more bike repair). Persons who use their bike more and drive less expect more severe consequences if they stop bicycling.

Innerhalb der Fachdomäne Logistik ist ein ausgeprägter Bedarf zur Unterstützung von immer komplexer werdenden und dynamischen Dienstleistungsprozessen durch mobile Informationssysteme festzustellen. Besonders neue Kommunikationstechnologien ermöglichen die Neugestaltung zugehöriger logistischer Wertschöpfungssysteme durch die Vernetzung von produzierenden Unternehmen, Dienstleistern und Endkunden entlang der Supply Chain. Für die Logistik wird die Technologie Augmented Reality (AR) als nutzenstiftendes Werkzeug zur Prozessunterstützung und Realisierung von zwischenmenschlichen Kollaborationen als auch Mensch-Maschine-Kollaborationen bewertet. Hierzu zählen besonders Datenbrillen, sogenannte „Smart Glasses“, die als Trägersystem für die augmentierte Prozessunterstützung zum Einsatz kommen. Zielsetzung dieser Forschungsarbeit ist die Gestaltung von logistischen Wertschöpfungssystemen mittels augmentierter Prozessunterstützung auf Basis Smart-Glasses-basierter Assistenzsysteme. Dazu werden zunächst (1) domänenspezifische als auch branchenübergreifende nutzenstiftende Anwendungsfälle identifiziert und aggregiert, (2) ein Vorgehensmodell zur Konzeption, Integration und Implementierung von entsprechen mobilen Informationssystemen erstellt und (3) Gestaltungsrichtlinien für mensch-zentrierte Assistenzsysteme und zugehörige Kollaborationsfunktionen mit Fokus auf die Gebrauchstauglichkeit (engl. Usability) etabliert. Mittels eines gestaltungsorientierten Vorgehens (Design Science Research) wird der identifizierte Forschungsbedarf mit Erkenntnissen aus einem in der Dienstleistungslogistik verorteten Konsortialforschungsprojekt als auch mehreren prototypischen Instanziierungen praktisch fundiert. Die vorliegende Arbeit erweitert durch die Gestaltung von gebrauchstauglichen Smart-Glasses-basierten Assistenzsystemen und die Schaffung entsprechender Kollaborationsfunktionen das Forschungsgebiet der Mensch-Computer-Interaktion und hier speziell den Forschungsbereich der Computer-Supported Cooperative Work. Zusätzlich wird der Bereich des Service Systems Engineering als Teildisziplin der Wirtschaftsinformatik mit Gestaltungswissen ergänzt. Zugleich wird die Wissensbasis der Fachdomäne Logistik (und hier speziell der Dienstleistungslogistik) um konkrete Anwendungsfälle für eine augmentierte Prozessunterstützung erweitert.

Elevated arsenic content in food crops pose a serious human health risk. Apart from rice wheat being another main food crop is possibly cultivated on contaminated sites. But for wheat uptake mechanisms are not entirely understood especially with regard to nutrient fertilization and different moisture regimes taking into account heavy rainfall events due to climate change. Here we show that especially higher P-fertilization under changing redox conditions may enhance arsenic uptake. This counteracts with higher N-fertilization reducing arsenic transfer and translocation into aboveground plant parts for both higher P-fertilization and reducing soil conditions. Arsenic speciation did not change in grain but for leaves P-fertilization together with reducing conditions increased the As(V) content compared to other arsenic species. Our results indicate important dependencies of nutrient fertilization, moisture conditions and substrate type on As accumulation of wheat as one of the most important crop plants worldwide with implications for agricultural practices.

With the continued development towards a digitalized and data-driven world, the importance of visual data analysis is increasing as well. Visual data analysis enables people to interactively explore and reason on certain data through the combined use of multiple visualizations. This is relevant for a wide range of application domains, including personal, professional, and public ones. In parallel, a ubiquity of modern devices with very heterogeneous characteristics has spawned. These devices, such as smartphones, tablets, or digital whiteboards, can enable more flexible workflows during our daily work, for example, while on-the-go, in meetings, or at home. One way to enable flexible workflows is the combination of multiple devices in so-called device ecologies. This thesis investigates how such a combined usage of devices can facilitate the visual data analysis of multivariate data sets. For that, new approaches for both visualization and interaction are presented here, allowing to make full use of the dynamic nature of device ecologies. So far, the literature on these aspects is limited and lacks a broader consideration of data analysis in device ecologies. This doctoral thesis presents investigations into three main parts, each addressing one research question: (i) how visualizations can be adapted for heterogeneous devices, (ii) how device pairings can be used to support data exploration workflows, and (iii) how visual data analysis can be supported in fully dynamic device ecologies. For the first part, an extended analytical investigation of the notion of responsive visualization is contributed. This investigation is then complemented by the introduction of a novel matrix-based visualization approach that incorporates such responsive visualizations as local focus regions. For the two other parts, multiple conceptual frameworks are presented that are innovative combinations of visualization and interaction techniques. In the second part, such work is conducted for two selected display pairings, the extension of smartwatches with display-equipped watchstraps and the contrary combination of smartwatch and large display. For these device ensembles, it is investigated how analysis workflows can be facilitated. Then, in the third part, it is explored how interactive mechanisms can be used for flexibly combining and coordinating devices by utilizing spatial arrangements, as well as how the view distribution process can be supported through automated optimization processes. This thesis’s extensive conceptual work is accompanied by the design of prototypical systems, qualitative evaluations, and reviews of existing literature.

Die Forschungsprofillinie 5 “Kommunikation, Medien, Technik” entstand im Jahr 2005 aus der ursprünglichen Profillinie “Medien, Kommunikation und Informationstechnologien”. Sie zeigt heute eine deutlich stärkere Vernetzung über die verschiedenen Fakultäten hinweg, als das die bisherige Ausrichtung des Profils leisten konnte. Der wesentliche Unterschied zu den anderen Forschungsprofillinien der Technischen Universität Chemnitz besteht darin, dass hier der Mensch als der Nutzer technischer Systeme im Zentrum steht. Dies bedeutet jedoch nicht, dass vor allem sozial-, verhaltens- und kulturwissenschaftlich orientierte Professuren die Forschungsprofillinie tragen. Ganz im Gegenteil ist gerade in diesem Themenbereich eine enge Kooperation von naturwissenschaftlichen und technischen Disziplinen auf der einen Seite und sozialwissenschaftlichen Fächern auf der anderen Seite gefordert.