Auswirkungen der Automatisierung auf die Aufgaben und...

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    21-Feb-2021
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  • Auswirkungen der Automatisierung auf die Aufgaben und Fertigkeiten des Triebfahrzeugführers

    Anja Naumann, Niels Brandenburger

    DLR.de • Chart 1

  • Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. in der Helmholtz-Gemeinschaft

    Forschungseinrichtung • Luftfahrt • Raumfahrt • Energie • Verkehr • Sicherheit

    Raumfahrtmanagement

    Projektträger

    Ca. 8.000 Mitarbeiter/innen in 33 Instituten und Einrichtungen in 16 Standorten

    Institut für Verkehrssystemtechnik, Abteilung Human Factors, Braunschweig/ Berlin

    DLR.de • Chart 2

  • Rail Human Factors

    DLR.de • Chart 3

  • Veränderungen der Aufgaben von Triebfahrzeugführer und Fahrdienstleiter

    Automatisierung • Aktive Aufgabe wird zu passiver

    Überwachungstätigkeit • Übergänge zwischen (Sicherungs-)

    Systemen mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad

    Digitalisierung • Aufgaben sind weniger „begreifbar“ • neue Interaktionsmöglichkeiten

    Welche Auswirkungen hat dies auf den Bediener und die Systemgestaltung?

    DLR.de • Chart 4

  • • Genereller Rahmen: Grades of Automation (GoA) [1] + bahnspezifisch - entwickelt für geschlossene (Metro-)Systeme

    Automatisierung des Bahnsystems

    DLR.de • Chart 5

    Source: [1] International Association of Public Transport, 2012

  • • Am DLR: Forschung zur Rolle des Triebfahrzeugführers (Tf) in den einzelnen GoA im Fernverkehr

    • Aufgabenanalysen • Simulatorstudien

    • Zunächst GoA1: Effekte der PZB auf den Tf • Fokus aktuell auf GoA2 und GoA3,

    • insbes. Aufgaben und Fertigkeiten des Tf in GoA2

    Automatisierung des Bahnsystems

    DLR.de • Chart 6

    Source: DLR e.V. Source: [1] International Association of Public Transport, 2012

  • • Charakteristische Veränderungen in der Arbeits- u. Aufgabenumgebung

    • Relativ seltene manuelle Geschwindigkeitsregelung

    • Mehr visuelle Überwachungstätigkeiten (Displays und Außensicht)

    • Seltene aber kritische und entscheidende Diagnoseaufgaben und Interventionen

    • Typisches mittleres

    Automatisierungsniveau

    Aufgaben des Tf in GoA2 [2]

    DLR.de • Chart 7

    Source: DLR e.V. Source: [1] International Association of Public Transport, 2012

  • • Arbeitsanforderungen für Tf in GoA2 (F-

    JAS[3]; n=21) • Wesentliche Veränderungen in den

    benötigten Fertigkeiten: + interaktive und soziale Fertigkeiten + sensor./ perzeptuelle Fertigkeiten (hauptsächlich visuell) + Kognitive Fertigkeiten • Psycho-motorische Fertigkeiten - Physische and grundlegende technische Fertigkeiten

    Fertigkeiten des Tf in GoA2 [2]

    DLR.de • Chart 8

    Item Domain Mean Rating

    Dependability Interactive/social 6.43

    Perseverance Interactive/social 5.86

    Far vision Sensory/ perceptual 5.81

    Night vision Sensory/ perceptual 5.76

    Reaction time Psycho-motoric 5.57

    Control precision Psycho-motoric 5.57

    Selective attention Cognitive 5.48

    Problem sensitivity Cognitive 5.43

    Speech clarity Interactive/social 4.86

    Near vision Sensory/ perceptual 4.67

    Source: [1] International Association of Public Transport, 2012

  • • Im Vergleich zu GoA1: • Aufgabeninduzierte Ermüdung bleibt ein zentrales Problem [4]

    • Monotonie, Daueraufmerksamkeit… • Kontinuierliche visuelle Überwachungstätigkeit: Wie kann man diese und die daraus

    resultierende Belastung minimieren?

    • Reaktionszeiten bei unerwarteten Ereignissen steigen an [5] • “Out- of the loop”/ Situationsbewusstsein … • Wie können kritische Situationen/ bestimmte Systemzustände deutlicher dargestellt werden?

    • Workload in Routinetätigkeiten sinkt auf ein suboptimales Niveau [6] • Geringe Aufgabenschwierigkeit/ Complacency/ Task Disengagement… • Wie kann die bedeutungsvolle und ganzheitliche

    Tätigkeit des Tf erhalten werden?

    Auswirkungen der Aufgaben in GoA2 auf den Tf Simulatorstudien

    DLR.de • Chart 9

    Source: DLR e.V. Source: [1] International Association of Public Transport, 2012

  • Der Ermüdung und Unter-Beanspruchung entgegenwirken:

    • Obligatorische manuelle Fahr-Perioden • Perzeptuelle Fertigkeiten

    • Routine in der Informationsaufnahme und -erfassung • Gefühl für physikalische Vorgänge, z.B. Zugkraft

    • Kognitive Fertigkeiten: • Problemsensibiliät • Selektive Wahrnehmung

    • Anreicherung/ Optimierung der (standardisierten) Kommunikation innerhalb des Systems Bahn

    • Interaktive/ soziale Fertigkeiten • Zuverlässigkeit/ Stabilität • Klarheit der Sprache und Informationen • Safety culture (Team-Einstellung)

    Erhalt der Tf-Fähigkeiten in GoA2: Maßnahmen “On-the-job”

    DLR.de • Chart 10

    Source: DLR e.V.

  • • Regelmäßiges Simulatortraining (Manuelles Fahren inkl. Störungen) • Perzeptuelle Fertigkeiten

    • Routine in der Informationsaufnahme und -erfassung • Kognitive Fertigkeiten:

    • Problemsensibiliät • Selektive Wahrnehmung • Mentale Modelle über die Prozesse bei Störungen/ Störungsbehebungen

    • Gemeinsame Auswertung (beinahe-)kritischer Ereignisse (z.B. Analyse anonymer Videos oder Logs)

    • Kognitive Fertigkeiten: • Problemsensibiliät • Mentale Modelle über die Prozesse bei Störungen

    • Technische Fertigkeiten • Diagnosekompetenz

    Erhalt der Tf-Fähigkeiten in GoA2: Training zu Erhöhung des Situationsbewusstseins

    DLR.de • Chart 11

    Source: DLR e.V.

  • Ausblick GoA3: Situative Fernsteuerung automatisierter Züge

    Potentielle zukünftige Entwicklung der Rolle des Tf im Kontext der Automatisierung: Train Operator

    DLR.de • Chart 12

  • • Der einzelne Zug regelt seine Geschwindigkeit automatisch

    (Automatic Train Operation - ATO)

    • Die Fahrwegkontrolle erfolgt technisch

    • Regularien/ Gesetze erlauben Zugfahrten mit ATO ohne Tf im Führerstand auf bestimmten Streckenteilen

    • Züge werden in sicherheitskritischen Phasen ferngesteuert

    DLR.de • Chart 13

    GoA3: Situative Fernsteuerung automatisierter Züge Voraussetzungen

  • Situative Fernsteuerung automatisierter Züge Der Train Operator (TO)

    • Ansatz [7], [8]: • Situative Anfragen des (autonom fahrenden) Zuges an den TO in

    kritischen Betriebssituationen

    • Anfrage: • z. B. Tiere im Gleis = Fahren auf Sicht

    • Übernahme durch TO: • Räumlich getrennte

    Fernsteuerung (z.B. in einer Zentrale)

    • Rückgabe des Zuges: • Dokumentation des Eingriffs • Automatische Weiterfahrt

    Potentielle Verortung des Remote-TO-Arbeitsplatzes [7]

    DLR.de • Chart 14

  • Der TO-Arbeitsplatz Aufbau

    • Steuerung von Zügen erfolgt auf Anfrage des Zuges • Steuerung von max. 1 Zügen gleichzeitig von einem TO • Ferneingriff in die Geschwindigkeitsregelung der Züge erfolgt über Fahrbremshebel

    am TO- Arbeitsplatz Mögliche Zustände des Systems: • ATO (Der TO steuert keinen Zug) • Transition Forward (Es gibt eine Anfrage an den TO) • Manual (Der TO hat angenommen und steuert) • Transition Backward (Der TO beendet die Anfrage) - In jedem Zustand werden dem TO unterschiedliche Informationen dargestellt:

    DLR.de • Chart 15

  • Der TO-Arbeitsplatz im Detail: Darstellungskonzept für den automatischen Betrieb

    DLR.de • Chart 16

  • Der TO-Arbeitsplatz im Detail: Darstellungskonzept für einen Anfragemechanismus

    DLR.de • Chart 17

  • Der TO-Arbeitsplatz im Detail: Darstellungskonzept für den manuellen Betrieb

    DLR.de • Chart 18

  • Der TO-Arbeitsplatz im Detail: Darstellungskonzept für einen Rückgabemechanismus

    DLR.de • Chart 19

  • Der TO-Arbeitsplatz: Ausblick

    DLR.de • Chart 20

    • TO-Arbeitsplatz wurde prototypisch für Simulationsstudien umgesetzt • Eine erste Evaluationsstudie wurde durchgeführt [8] • Optimierungsvorschläge werden im nächsten Iterationsschritt implementiert,

    Bedienoberfläche wird verbessert

  • Automatisierungseffekte, Aufgaben und Fertigkeiten 1. International Association of public Transport. (2012). Metro Automation Facts, Figures and Trends: A global bid for

    automation: UITP Observatory of Automated Metros confirms sustained growth rates for the coming years. Retrieved from www.uitp.org/metro-automation-facts-figures-and-trends

    2. Brandenburger, N., Hörmann, H. J., Stelling, D., & Naumann, A. (2016). Tasks, skills, and competencies of future high- speed train drivers. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. doi:10.1177/0954409716676509

    3. Fleishman, E.A., & Reilly, M.E. (1995). Fleishman job analysis survey. Administrator Guide. Potomac: Management Rese