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.

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.

Im Beruf, in der Freizeit und in der Rehabilitation werden immer öfter digitale Medien eingesetzt. Speziell in der motorischen Rehabilitation wird zunehmend eine Digitalisierung der Therapieprozesse festgestellt. Dieser Trend soll den Therapieprozess dokumentieren, die Patienten motivieren und auch eine Unterstützung für die Therapeuten sein. Gegenwärtig werden in der Praxis verschiedene „Feedback-Informationen“ verwendet, beispielsweise Informationen zum Bewegungsweg und zur Bewegungsgeschwindigkeit. In der Regel kommen diese Informationen primär vom Trainingsgerät, da dort die entsprechenden Sensoren angebracht sind. Die Information zur Bewegungsqualität des Patienten selbst, wird von den Sensoren nicht erfasst. Im Rahmen des Projektes „AssiSt“ (Assistierte Bewegungskontrolle in der Rehabilitation durch intelligente Sensortechnologie) wurde ein anderer Ansatz verfolgt. Hier war es das Ziel, ein Assistenzsystem zu entwickeln, welches einem Patienten während seiner Übungsausführung Feedback geben kann. Es galt dabei zu prüfen, inwiefern mit einem optischen Sensor die Bewegung des Übenden direkt erfasst und in Echtzeit auf fehlerhafte Bewegungsausführungen/oder die/eine fehlerhafte Bewegungsausführung analysiert werden kann. Eine falsche Bewegungsausführung kann dazu führen, dass die Zielmuskulatur nicht richtig angesteuert wird. Darüber hinaus können aktive und passive Strukturen in der frühen postoperativen Phase überlastet werden. Hierfür wurde mithilfe von Methoden des maschinellen Lernens die Bewegung des Übenden auf Fehlerbilder hin analysiert. Bei fehlerhafter Ausführung werden dabei über eine Feedbackeinheit sofort Korrekturhinweise übermittelt, sodass auftretende Fehler zeitnah korrigiert werden können. Im Verlauf klinischer Tests wurde das Feedback des Assistenzsystems mit der Analyse eines Therapeuten verglichen, wobei eine gute Übereinstimmung erzielt wurde. Neben der Bewegungsanalyse wird durch das System zusätzlich eine Verlaufsdokumentation erstellt, sodass Patienten und Therapeuten nachträglich den Therapieverlauf auswerten können. Darüber hinaus wurde untersucht, ob Biosignale, wie bspw. die Erwärmung der Hautoberfläche infolge der Muskelarbeit während des Trainings, als Feedback geeignet sind. Dies könnte das Effektwissen des Patienten durch ein besseres Verständnis zwischen der Therapieübung und der Muskelansteuerung verbessern.

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Zur Herstellung und Verpackung von Konsumgütern wie Lebensmitteln, Getränken und Pharmazeutika werden hochautomatisierte Verarbeitungsmaschinen eingesetzt. Die Entwicklung dieser Maschinen erfordert die Anwendung und Zusammenführung spezieller Kenntnisse aus unterschiedlichen Wissensdomänen, wie bspw. Maschinenbau, Lebensmittel-, Kunststoff- und Automatisierungstechnik, sowie den Umgang mit volatilen, oft unbekannten und nur begrenzt bestimmbaren Eigenschaften von Naturstoffen. Aufgrund dieser branchenspezifischen Besonderheiten stellt insbesondere die Definition des Innermaschinellen Verfahrens (IMV) als Funktions- und Prinzipstruktur im Funktionsbereich Stoff in einer frühen Phase der Maschinenentwicklung eine besondere Herausforderung dar. Die Arbeit in dieser Entwicklungsphase ist vor allem durch ein heterogenes Informationsumfeld geprägt, welches die Anwendung des Erfahrungswissens von einzelnen Entwickelnden unabdingbar macht (Hacker 1992). So wird insbesondere bei der im Mittelpunkt stehenden Lösungssuche für das IMV, neben dem vorhandenen Fachwissen, dieses Erfahrungswissen genutzt, um den Zeit- und Kostenzielen der Entwicklung gerecht zu werden und rasch zu geeigneten Lösungen für die vorliegende Entwicklungsaufgabe zu gelangen (Turki 2014). Dabei bleiben jedoch oftmals potentielle Lösungsmöglichkeiten durch das stereotypische Vorgehen unberücksichtigt und mögliche Alternativen, die etwaige Vorzüge mit sich bringen, werden nicht betrachtet (Badke-Schaub & Frankenberger 2004). Erfahrungen einer Person können zudem nur dann einfließen, wenn diese in der aktuellen Problemlösesituation verfügbar ist und sie diese Erfahrungen auch mit dieser Situation assoziiert. Die demografische Entwicklung und die zunehmende Fluktuation der Mitarbeitenden erschweren die bedarfsgerechte Verteilung des Erfahrungswissens und fordern die Unternehmen somit heraus, das Erfahrungswissen der Mitarbeitenden aus der frühen Entwicklungsarbeit, aber auch aus anderen Bereichen der Produktentwicklung und -entstehung sowie aus dem Einsatz des fertigen Produktes selbst, als Wettbewerbsvorteil dauerhaft zu sichern (Schley et al. 2008). Werden durch den Mangel an Erfahrungswissen bei der Definition des IMV Entscheidungen ohne fundierte Kenntnis der jeweils zusammengestellten Prinziplösungen getroffen, kann dies bei der weiteren Entwicklungsarbeit zu neuen Herausforderungen und somit zu kosten- und zeitintensiven Iterationsschleifen führen. Der Arbeitsanteil in der Konzeptphase ist, gemessen am gesamten Entwicklungsaufwand im Verarbeitungsmaschinenbau, besonders hoch. Dies wird bedingt durch wechselnde Randbedingungen für gleiche oder ähnliche Verarbeitungsaufgaben und durch hohe Innovationsraten in der Konsumgüterentwicklung, insbesondere bei der Konsumgüterverpackung. Vor allem durch Marketing getriebene, neue Lösungen und Details erfordern nicht selten eine Anpassung „bewährter“ IMV. Gerade hier werden aber wesentliche Voraussetzungen für einen effizienten und sicheren Betrieb der zu entwickelnden Systeme gelegt. Demzufolge tragen die Entwickelnden besonders in der Konzeptphase erhöhte Verantwortung für Entwicklungs- sowie Herstell- und Betriebskosten der geplanten Maschine (Majschak 1997). Unterstützungsmöglichkeiten in Form softwarebasierter Assistenzsysteme für die Definition des IMV und die damit verbundene Suche nach verarbeitungstechnischen Prinziplösungen unter Einbeziehung von Erfahrungswissen sind für diesen frühen Entwicklungsschritt bisher nicht verfügbar, aber im Zuge fortschreitender Modularisierung umso wünschenswerter. Im Folgenden wird daher die Konzeption eines solchen softwarebasierten Assistenzsystems im Rahmen des Forschungsprojekts „Smarte Werkbank - Grafisches Assistenzsystem für die interdisziplinäre Entwicklung von produktionstechnischen Systemen“ vorgestellt.