Die industrielle Instandhaltung ist ein erheblicher Kostenfaktor während der Betriebsphase einer verfahrenstechnischen Produktionsanlage. Insbesondere der Mangel an technischen Möglichkeiten zum Informationsaustausch des Instandhaltungspersonals mit der digitalen Anlage während der Arbeiten im Feld erzeugt hohe Kosten. Durch die entstehenden Medienbrüche sinkt die Qualität der Informationen in der Digitalen Anlage erheblich. Mobile Informationssysteme können diese Medienbrüche beseitigen und die Informationsqualität in der Digitalen Anlage entscheidend verbessern. Das Konzept der Distributed Wearable User Interfaces (DWUI) stellt einen integrierten Ansatz zur flexiblen Zusammenstellung gebrauchstauglicher Benutzungsschnittstellen für komplexe Arbeitsabläufe in widrigen Arbeitssituationen bereit. Diese setzen sich aus Interaktionsgeräten zusammen, die in einem kabellosen körpernahen Funknetzwerk miteinander verbunden sind und in ihrer Kombination die Benutzungsschnittstelle zu einem mobilen System bilden. Die Geräte sind ergonomisch und funktional optimal am Körper des Nutzers verteilt, wobei jedes Gerät eigenständig nutzbar und für eine bestimmte Aufgabe oder einen bestimmten Nutzungskontext optimiert ist. Die Ein- und Ausgaberäume der Geräte werden in einem integrierten Interaktionsraum harmonisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wird zunächst der Nutzungskontext der mobilen IT-gestützten Instandhaltung verfahrenstechnischer Produktionsanlagen im Hinblick auf Nutzungsszenarien und Anwendungsfälle für mobile Informationssysteme festgelegt. Darauf aufbauend werden Anforderungen an derartige Systeme spezifiziert und Gestaltungsgrundlagen und Empfehlungen speziell für DWUI-basierte mobile Informationssysteme erarbeitet. Anschließend wird eine Reihe spezieller Interaktionsgeräte vorgestellt, die verschiedene Interaktionsprinzipien, Techniken und Modalitäten umsetzen. Um diese Geräte in einem kollaborativen DWUI organisieren zu können, wird ein spezielles Kommunikationsprotokoll entworfen und prototypisch umgesetzt. Eine mobile Anwendung zur Instandhaltungsunterstützung wird vorgestellt, welche das DWUI-Kommunikationsprotokoll unterstützt und mit verschiedenen DWUI-Konfigurationen vollständig bedienbar ist. Diese Anwendung wird integriert in ein komplexes Unternehmensnetzwerk, über das sie Zugriff auf industrietypische computergestützte Planungswerkzeuge erhält. Anhand des resultierenden Gesamtsystems werden die prinzipielle Tauglichkeit und die Vorteile des DWUI-Konzepts demonstriert.

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.

Originally presented as the author's Thesis--Technische Hochschule Aachen, 2008. / Includes bibliographical references.

Der Einsatz von digitalen Menschmodellen erlaubt neben einer frühzeitigen ergonomischen Analyse die Gestaltung von Arbeitsprozessen und stellt ein hilfreiches Werkzeug in der Produkt- und Prozessgestaltung dar. Im Rahmen dieses Beitrages soll auf ausgewählte Schwerpunkte der Entwicklung des digitalen Menschmodells „The Smart Virtual Worker“ eingegangen werden. Das Forschungsprojekt soll einen Beitrag zur Lösung, der mit dem demografischen Wandel der Gesellschaft einhergehenden Herausforderungen leisten. Die daraus resultierenden Forschungsschwerpunkte liegen insbesondere in der Einbeziehung von Alterungs- und psychischen Faktoren in die Bewegungsgenerierung des Menschmodells und der Modellierung von Umweltbedingungen. In Umsetzung des Projektes wurde ein erstes Arbeitsszenario erarbeitet, auf dessen Basis die vorgenannten Forschungsaufgaben interdisziplinär gelöst werden sollen.

Technologien der erweiterten Realität (extended reality, XR) finden im gesamten Produktentwicklungsprozess Anwendung. Insbesondere Systeme zur aktiven Erzeugung und Veränderung digitaler Produktdaten bieten noch viel Potential. Die Erforschung und Entwicklung dieser immersiven Interfaces beruht maßgeblich auf der Evaluation durch Nutzerstudien, denn nur so kann die Einsatztauglichkeit der Mensch-Maschine-Schnittstellen seriös beurteilt und verglichen werden. Bei der Konzeptionierung und Durchführung dieser Nutzerstudien gibt es viel zu beachten. In dieser Arbeit wird ein Leitfaden für das Design von Evaluationen von XR Interfaces für die Produktentwicklung präsentiert. Zu Beginn müssen die Fragestellungen festgelegt werden, welche die Studie beantworten soll. Ausgehend von diesen müssen die zu testenden Versuchsbedingungen, die gestellten Aufgaben, die aufgenommen Metriken, die gewählten Probanden und der geplante Ablauf festgelegt werden. Zusätzlich zu der allgemeinen Darlegung wird das Vorgehen anhand eines Fallbeispiels angewandt. Die Gestaltung einer Nutzerstudie zur Evaluation der Usability und Eignung eines neuartigen Virtual Reality Interfaces zur natürlichen Gestaltung von Vorentwürfen wird vorgestellt.

Für die schnelle Visualisierung großer Modelle werden sogenannte Echtzeit-Visualisierungsverfahren (real time rendering techniques) eingesetzt. Durch parallele Verarbeitung der Objektdaten auf Multicore-CPUs ist es möglich, die Geschwindigkeit der Darstellung gegenüber GPU-basierten Verfahren weiter zu erhöhen. Insbesondere wurde die Möglichkeit untersucht, das Occlusion-Culling mit Hilfe der CPU durchzuführen. Dabei konnte speziell das Worst-Case-Verhalten verbessert werden. Mit der Anzahl der Systemkomponenten (z.B. Trackingsystem, Beamer, Rechner) steigt die Trägheit (Latenz) des Gesamtsystems, was eine Echtzeitverarbeitung der Daten deutlich erschwert. Durch Bewegungsvorhersagen, die speziell an das Nutzerverhalten im Rahmen der Anwendung angepasst sind, können auftretende Latenzen kompensiert werden. Die Entwicklungen erfolgten im Kontext einer immersiven Tischtennissimulation. Tischtennis gehört zu den schnellsten Sportarten und repräsentiert somit eine anspruchsvolle Umgebung. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Interaktion mit virtuellen Umgebungen ist die Natürlichkeit (Intuitivität) der Benutzeroberfläche. Durch eine möglichst direkte (aus der Realität bekannte) Umsetzung der Benutzerbewegungen in Systembefehle wird eine höchstmögliche Effektivität im Umgang mit dem System erzielt. Im Rahmen einer Designanwendung wurden Interaktionstechniken realisiert, die den alltäglichen Bewegungsabläufen nachempfunden sind.

In this thesis, a context-aware, personalized virtual assistant for use in automobiles is presented. With the increasing use of technology in automobiles, there is a growing need for safer and more practical ways for drivers to access information and perform tasks while driving. Voice-based interfaces, such as natural language processing, provide a solution to this problem as they do not require visual or manual input. In this thesis, a fine-tuned model of GPT-3 is used to understand user intentions and identify the user’s needs. The voice assistant is trained to understand the environment and the actions it can perform. The use of triggers such as drowsiness detection is also implemented to make the virtual assistant proactive in ensuring the user’s safety. User testing and evaluation was conducted to demonstrate the effectiveness of the context-aware, personalized virtual assistant in improving the driving experience and promoting safe driving practices.

Erkenntnisse über das Fahrerleben, also die subjektive Sicht von Fahrern auf Ereignisse im Fahralltag, wurden bisher vor allem retrospektiv gewonnen und sind damit anfällig für mitunter weitreichende Verfälschungen. Diese Dissertation verfolgte den Ansatz, das subjektive Fahrerleben auf alltäglichen Fahrten so situationsnah wie möglich zu erfassen. Ziel der Untersuchung war es, eine breite Datenbasis von subjektiv beanspruchenden Situationen für jüngere und ältere Fahrer zu generieren, um auch unbewusst vorhandene Unterstützungsbedürfnisse zu erfassen und damit eine bedarfsgerechte Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen zu unterstützen. Es wurden 40 jüngere (M = 32,35 Jahre; SD = 3,58) und 40 ältere (M = 66,05 Jahre; SD = 4,13) Fahrer, je 20 Männer und Frauen, in ihrem Fahralltag über einen Zeitraum von jeweils 10 Tagen untersucht. Die Probanden hielten für sie relevante Situationen in kurzen Sprachprotokollen während der Fahrt über die Aufnahmefunktion in einem Smartphone fest. Unterstützt wurde die Situationsbetrachtung durch eine Videoaufnahme der Fahrsituation, sowie im Smartphone erfasste Geschwindigkeits-, Beschleunigungsdaten und GPS. Im Versuchszeitraum wurden insgesamt 1074 für die Auswertung relevante Sprachprotokolle während der Fahrt aufgezeichnet. Es ließen sich dabei 301 verschiedene Auslöser für die Aufnahme eines Sprachprotokolls unterscheiden. Ausgehend von den Ergebnissen und den geäußerten Unterstützungswünschen der Probanden wurden fünf verschiedene Unterstützungsbedürfnisse identifiziert, aus denen sich Anforderungen für Fahrerassistenzsysteme und Mensch-Maschine-Schnittstellen ableiten lassen. / Insights into driver experience, i.e. the driver's subjective view on events in everyday driving, have so far been gained mainly retrospectively (e.g. through interviews or online surveys). From a methodic perspective this means that reports and judgment are provided somewhat later after the event and therefore can be biased. In recent years, research in the field of driver-vehicle interaction has increasingly been enriched by natural driving studies (NDS). Since this method captures driving behavior in the natural driving context, it provides very realistic insights into events that drivers experience on a daily basis. So far, however, the focus has been on an objective view of driving behavior and environmental conditions with the aim of capturing parameters that provide an indication of future safety-critical situations. The subjective view of the driver, e.g. which situations he assesses as demanding, was hardly considered. The idea of the dissertation thesis was to capture subjective driver experience and support wishes of drivers in a NDS-like study. The aim of the study was to generate a broad database of subjectively demanding situations for younger and elder drivers, in order to detect unconsciously existing support needs and thus to support the user-centered development of driver assistance systems. Participants were 40 younger (M = 32.35 years, SD = 3.58) and 40 elder (M = 66.05 years, SD = 4.13) drivers, 20 men and 20 women each. Over the period of 10 days they documented each journey by questionnaires before and after each ride. Furthermore a smartphone with a specially programmed application was used as a recording device. Through short speech protocols the participants commented on every relevant driving situation. Considered as relevant - beyond critical events - were all special incidents or situations that were notable for the drivers or in which they wished for support in whatever form. The application also recorded GPS, speed and acceleration data as well as a video of the driving situation during relevant situations. A personal interview took place at the end of each trial period. As a result, a total of 1074 speech protocols were recorded while driving. They showed a very high range of situations that were notable for the participants. A total of 301 different triggers for recording a speech protocol could be distinguished. In addition, the consideration of the verbalized reaction of the drivers in the situations was important. The results were examined with regard to possible differences in age and gender groups. On the basis of the results and the expressed support wishes of the participants, five different support needs were identified, from which requirements for future driver assistance systems and human-machine interfaces can be derived.

Angesichts der steigenden Anzahl von Funktionen in Fahrzeugen, insbesondere im Pkw, sind neue Bedien- und Anzeigesysteme notwendig, die eine optimale Bedienbarkeit der Funktionen sicherstellen und die Ablenkung des Fahrers von der Fahraufgabe minimieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird dazu der Einsatz variabler Bedienelemente verfolgt, die sich der aktuellen Bedienaufgabe optimal anpassen. Ziel dieser Arbeit ist es insbesondere, Vorgehensweisen und Gestaltungsempfehlungen für variable Beschriftung von Tasten und zentrale Bedienelemente mit variabler Formcodierung für abgesetzte Bedien- und Anzeigesysteme zu erarbeiten. Unter Zuhilfenahme arbeitswissenschaftlicher Methoden wird dafür zunächst die Gestaltung variabler Beschriftung von Tasten untersucht und Empfehlungen für deren Gestaltung abgeleitet. Des Weiteren wird die Entwicklung eines zentralen Bedienelements mit variabler Formcodierung beschrieben. Dazu wird, aufbauend auf bekannten Entwicklungs- und Auswahlverfahren für Bedienelemente, eine Vorgehensweise zur Entwicklung variabler Bedienelemente vorgeschlagen. Das entwickelte variable zentrale Bedienelement wird darüber hinaus hinsichtlich seiner Bedienbarkeit und Ablenkungswirkung bewertet. Aus den Versuchsergebnissen konnten Gestaltungsempfehlungen abgeleitet werden, wie durch ein variables zentrales Bedienelement die Bedienbarkeit von abgesetzten Bedien- und Anzeigesystemen verbessert und die Ablenkungswirkung reduziert werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit leisten einen Beitrag zur Entwicklung zukünftiger abgesetzter Bedien- und Anzeigesysteme und geben insbesondere Entwicklern und Gestaltern eine Hilfestellung beim Einsatz variabler Bedienelemente.

Neben der äußeren Formgebung und den guten Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeugs kommt dem Innenraum eine immer größer werdende Bedeutung für die Schaffung einer positiven Emotionalität zu. Der Innenraum ist der Bereich, in dem der Kunde den engsten Kontakt mit dem Auto hat. Hier bewältigt er seine Fahraufgabe, hier „lebt“ er während der Fahrzeugnutzung. Die unterschiedliche Gewichtung der Anforderungen für die Gestaltung des Fahrzeuginnenraums bei den verschiedenen Automobilherstellern führte zu Beginn der 1990er-Jahre dazu, dass die Stellteile trotz einer steigenden Anzahl von Funktionen tendenziell abnahmen. Dies wurde durch die Einführung von sogenannten multifunktionalen Stellteilen ermöglicht. Eine intern durchgeführte Analyse von Anordnungskonzepten für Bedienelemente im PKW-Innenraum [Anguelov, 2002] bestätigte die folgenden zwei Erkenntnisse: Erstens findet eine Funktionsgruppierung der Stellteile und damit auch eine räumliche Gruppierung im Innenraum statt, zweitens sind die am häufigsten betätigten Stellteile der Taster und der Drehschalter. Weiterhin zeigte diese Analyse, dass häufig und herstellerunabhängig für sicherheits- und fahrspezifische Funktionen Taster und/oder Drehschalter verwendet werden – Start-Stopp- Taster, Taster für die Warnblinkanlage, Notruftaster, Taster für das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), Lichtdrehschalter etc. Der Kunde interessiert sich nicht dafür, was sich hinter dem einzelnen Bedienelement verbirgt, solange es seine Funktion erfüllt. Außerdem erwartet der Kunde hinsichtlich des Interieurs, dass der erste optische Eindruck durch die bei der Betätigung der Bedienelemente wahrnehmbare Haptik und das dabei auftretende Geräusch bestätigt wird. Kann diese Erwartungshaltung aufgrund des Schaltergeräusches nicht bestätigt werden, so verliert selbst ein ergonomisch hervorragender und mit einer ansprechenden Optik versehener Schalter jedwede Kundenakzeptanz. Die Steigerung der haptischen und akustischen Wertigkeit im Innenraum erweist sich daher als ein wesentlicher Beitrag zur Wertanmutung des gesamten Fahrzeugs. Kundengruppen mit spezifischen Eigenschaften und Motiven zu identifizieren und zu beschreiben. Psychologen arbeiten stetig an der Verbesserung der existierenden Kundentypologien, wobei Merkmale wie z. B. der Fahrstil und die technische Affinität berücksichtigt werden. Ohne ein solides Wissen über die speziellen Wünsche und Erwartungen der Kunden bezüglich der haptischen und akustischen Gestaltung der Bedienelemente ist der Automobilhersteller oft zu weit vom Kunden entfernt und entwickelt Produkte, welche die erwartete und erhoffte Kundenakzeptanz verfehlen. Aber nicht nur die Automobilhersteller, sondern auch die entsprechenden Zulieferer entdecken zunehmend die Wichtigkeit der Wertanmutung, wie folgende Zitate belegen: „Die Wertanmutung wird zu einem der wichtigsten Kriterien beim Kauf“ [Pressemappe Fa. Faurecia, Oktober 2004]; „Wertigkeit und Emotion sind entscheidende Elemente im Fahrzeuginnenraum. Denn die empfundene Wertanmutung ist bedeutend für die Kaufentscheidung des Kunden“ [Internetpublikation, Fa. Bayern Innovativ GmbH, Innovationskongress November 2006]. Trotz der weitverbreiteten Verwendung des Kunstwortes „Wertanmutung“ liegen seine genaue Bedeutung und Herkunft noch immer im Dunkeln, da es eine klare und eindeutige Definition des Begriffes in der deutschen Sprache bis heute nicht gibt. Aus den im Duden beschriebenen Bedeutungen der Begriffe „anmuten“1 und „zumuten“2 ließe sich jedoch ableiten, dass dieses Begriffspaar für eine Subjekt-Objekt- Beziehung steht bzw. auf eine solche übertragen werden kann. Demzufolge fühlt sich ein Subjekt „angemutet“ als Reaktion auf die „Zumutung“ eines Gegenstandes. Darüber hinaus suggeriert der Begriff „Anmutung“ ein gefühlsmäßiges, meist unbewusstes Eindruckerlebnis.