Lichttechnisch-visuelle Einflüsse auf die Reaktionsfähigkeit des Menschen als Regler bei der Erfüllung von Tracking-Aufgaben PDF
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FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr. 3167 I Fachgruppe Umwelt/Verkehr Herausgegeben vom Minister fur Wissenschaft und Forschung Prof. Dr.-Ing. Peter C. Compes Dipl.-Ing. Klaus Schwarze Allgemeine Sicherheitstechnik, Fachbereich Sicherheitstechni% Bergische Universitat - Gesamthochschule - liJuppertal Lichttechnisch-visuelle Einflusse auf die Reaktionsfahigkeit des Menschen als RegIer bei der Erfullung von Tracking-Aufgaben Westdeutscher Verlag 1983 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Compes, Peter C.: Lichttechnisch-visuelle EinflUsse auf die Reak tionsfahigkeit des Menschen als RegIer bei der ErfUllung von Tracking-Aufgaben / Peter C. Compes ; Klaus Schwarze. - Opladen : West deutscher Verlag, 1983. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westfalen ; Nr. 3167 : Fachgruppe Umwelt, Verkehr) NE: Schwarze, Klaus:; Nordrhein-Westfalen: Forschungsberichte des Landes ..• © 1983 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Herstellung: Westdeutscher Verlag Lengericher Handelsdruckerei, 4540 Lengerich ISBN 978-3-531-03167-5 ISBN 978-3-322-87717-8 (eBook) DOl 10.1007/978-3-322-87717-8 - ]11 - Vorwort In vielen Mensch-Maschine-Umwelt-Systeme (MMUS) hat die Reaktionsfahigkeit des Menschen eine entscheidende Be deutung. Die Reaktionsfahigkeit kann durch mannigfaltige StorgroBen beeinfluBt werden. Eine wesentliche Rolle spielen hierbei auch die lichttechnisch visuellen Einfllisse. Das Ziel dieses Projektes ist es daher, ein Simulationssystem auf zubauen mit dem die Reaktionsfahigkeit des Menschen, unter Beaufschlagung mit verschiedenen StorgroBen quantifiziert werden kann. Die Komplexitat des Parameters Reaktionsfahigkeit erfordert ein entsprechendes komplexes Simulations system, deren Hard- und Software-Teilkomponenten wie Simulationskammer, Trackingsystem, Rechnersteuerung und -auswertung, moglichst flexibel und universell aufgebaut sein mlissen. In Anwendung des vorhandenen Systems wurden Voruntersuchungen der licht- und klimatechnische Abhangigkeiten der Reaktions fahigkeit des Menschen durchgeflihrt. Flir die Bereitstellung von Firmenmaterial geblihrt der Firma Electronic Associates Inc. (EAI) unser Dank. Allen, die an der Durchflihrung des Forschungsauftrages und der Fertigstellung des Berichtes beteiligt waren, danken wir herzlich. Wuppertal, Winter 1982/83 - IV - Inhalt Vorwort III Einleitung 1.1 AnlaB und allgemeine Motivation des Projektes 2 1.2 Allgemeine Zielsetzung, Aufgabenbe- schreibung und Begrenzung des Projektes 4 1.3 Losungsansatze und Wege 5 1 .4 Uberblick tiber die Studie 10 2 Allgemeine Beschreibung der Komponenten des Simulations systems 15 2.1 Hybridsystem 16 2.1.1 Analog-Hybridrechner 16 2.1. 2 Digitalrechner 17 2.1 .3 Hybrid-Interface 18 2.1 .4 Periphe.rie des Hybridsystems 19 2.1. 5 System-Software eines Hybridsystems 20 2.1. 6 Anwendungsmoglichkeiten 23 2.2 Trackingsystem 26 2.3 Klima-Simulationskarnrner 27 2.4 Leuchtdecke und Stroboskop zur Simulation lichttechnischer StorgroBen 31 2.4.1 Aufbau der Leuchtdecke und Teilkomponenten der Beleuchtungseinrichtung 31 2.4.2 MaBnahrnen zur Integration der Teilkompo nenten der Beleuchtungseinrichtung zurn Lichtsystem 33 2.4.3 Statisches und quasistatisches Verhalten der Leuchtdecke 34 - V - 2.4.4 Dynamisches Verhalten der Leuchtdecke 40 2.4.5 Analog-hybride Rechenschaltungen 43 2.4.6 Analog-hybride Rechenschaltung eines hybriden Steuerprogrammes 54 2.5 Messgerate 54 2.6 Aufbau und Erweiterungsmoglichkeiten der Simulationskomponenten 56 2.6.1 Hybridsystem 56 2.6.2 Gegenstandliche Simulationskomponenten 60 3 Rechnergesteuertes Simulationssystem 63 3.1 Rechnergesteuertes Trackingsystem 63 3.2 Simulation klimatechnischer StorgroBen 65 3.3 Simulation lichttechnischer StorqroBen 72 3.3.1 Blockstruktur des Proqrarnrnnaketes "T~ICHT" 7 2 3.3.2 Arbeitsvarianten des Proqrarnrnpaketes "LICHT" 74 3.3.3 Proqrarnrneigenschaften 76 3.3.3.1 Allgemeine Prograrnrneigenschaften 76 3.3.3.2 Spezielle Prograrnrneigenschaften 78 4 tibergeordnetes Steuer- und Monitor prograrnrn; Auswertungs- und Versuchs dokurnentationssystem 80 4.1 Beschreibung des libergeordneten Steuer und Monitorprograrnrns "CONTROL" B1 4.2 Beschreibung des Auswertungs- und Doku mentationssystems "DOSIRE" , Erfassung, Verarbeitung und Auswertung versuchsbe gleitender Simula~ionsdaten 82 4.2.1 Initialisierung und Handhabung des Pro- grarnrnes "DOS IRE" 87 5 Anwendung des Simulations systems - Versuchsdurchflihrung 90 - VI - 5.1 Auswahl und Festlegung von Versuchs parametern und Versuchsreihen 91 5.2 Durchflihrung der Versuchs- und MeB- reihen 95 6 Erkenntnisse und Ergebnisse der Ver suchsdurchflihrung 98 6.1 Darstellung der Versuchsergebnisse 99 6.2 Ergebnisdiskussion 121 6.3 Ausblicke und Strategien flir repra sentative Versuchsreihen 126 7 Zusammenfassung 7.1 Ziele und Aufgaben des Forschungsauf trages 130 7.1.1 System-Umgebung zur Ermittlung der Re- aktionsfahigkeit 131 7.1.2 Austestung des Simulations systems 132 7.2 Ausgewahlter Losungsweg 132 7.2.1 Realisierte Teilkomponenten des Simu lationssystems 132 7.2.2 Exemplarischer Einsatz des Systems 133 7.2.3 Ergebnisse 134 7.3 Systemerweiterung 136 8 Literatur-Verzeichnis 138 Anhang: Abbildungen und Tabellen 140 -1- ~l~1~l!~~g ---------- Die heute hochtechnisierte, schnellebige Zeit ist fUr die Gesellschaft und den Menschen als Individuum durch mannigfaltige EinfluBfaktoren gekennzeichnet, die ihrer seits wieder auf die Gesellschaft und den Menschen zu rUckwirken. Einen wesentliche Faktor stellt dabei das ZusammenrUcken der Menschen in den modernen Industriegesellschaften dar, das in der zunehmenden Bevolkerungsdichte besonders in den Ballungsgebieten der Industrielander zum Ausdruck kommt. Der erhohte Technisierungsgrad, der bei groBer Bevolkerungsdichte fUr oas Funktionieren der Gesellschafts und Wirtschaftssysteme erforderlich ist, fUhrt jedoch durch eine allgemeine Zunahme der UmwelteinflUsse wie Larm, Schadstoffe in der Luft, kUnstliches Licht, extreme Klimawerte, usw., zu einer erhohten physischen und psy chischen Belastung des Individuums. Einher mit dem ZusammenrUcken der Menschen und Gesell schaften geht eine verstarkte Zunahme an Information, die das Individuum zu verarbeiten hat, und die seine geistige und seelische Leistungsfahigkeit in hohem MaBe in Anspruch nimmt. Die fUr die Freizeit und Arbeitswelt notige Mobilitat des Individuums kann in den Industriegesellschaften nur durch komplexe Trar.sportsysteme wie die offentlichen Ver kehrsmittel (Bahn, BUs, Flugzeug, Schiff und in Verbin dung mit dem Individualverkehr: Pkw) erzielt werden. Einher geht damit ein fUr den Menschen besorgniserregen der Bewegungsmangel, der u.a. durch sportliche Aktivitaten wieder ausgeglichen werden kann. Besonders hohe Anforderungen an die geistig-seelische Leistungsfahigkeit des Menschen stellt in modernen In dustriegesellschaften die Berufs- und Arbeitswelt: Bedingt durch eine zunehmende Automatisierung verlagert -2- sich der Arbeitsbereich der arbeitenden Menschen immer mehr zu Steuerungs-, Uberwachungs- und Kontrollaufgaben. Die Steuerung von WalzenstraBen bei der Blechherstellung, die Steuerung und Uberwachung von Stellwerks- und Rangier anlagen bei der Deutschen Bundesbahn sowie der groBe Be reich der Fluguberwachung und -kontrolle seien hier nur als typische Beispiele genannt. Auch in weitgehend automatisierten Anlagen wie in Anla gen zur Rohstoffveredelung und -weiterverarbeitung, in chemischen Anlagen und Anlagen der petrochemischen In dustrie zeichnen sich viele Arbeitsplatze durch reine S~euerungs- und Uberwachungsfunktionen aus. SchlieBlich ubernimmt der Mensch in vollautomatisierten Anlagen wie in den Schaltzentralen von Umspann- und Kraftwerken reine Uberwachungs- und Kontrollaufgaben. Wie leicht die menschliche Leistungsfahigkeit in solchen Anlagen uberfordert werden kann, haben spektakulare Bei spiele wie Harrisburg aus der jungsten Vergangenheit deut lich gezeigt. 1.1 AnlaB und allgemeine Motivation des Projektes In der heutigen hochtechnisierten Zeit befindet sich der Mensch durch die von ihm geschaffene und ihn umgebende Technik in standiger Wechselwirkung mit dieser und der Umwelt, die ihrerseits durch die Technik beeinfluBt wird und damit auf den Menschen zuruckwirkt. Das komplexe Individuum Mensch befindet sich somit in einem System gegenseitiger Abhangigkeit und EinfluBnahme, das durch ein Modell, das "Mensch-Maschine-Umwelt-System" (MMUS), beschrieben werden kann. Der notwendige Umgang mit der Technik innerhalb dieses Systems bleibt fur den Menschen nicht ohne Risiko fUr Gesundheit und Leben. Mannigfaltige Gefahrdungsfaktoren ergeben sich fur den Menschen aus den Abhangigkeiten innerhalb der Regelkreise des MMUS (siehe Abb. 1.1). -3- Nur systematische Untersuchungen an solchen MMUS k6nnen durch Analyse der Gefahrdungsfaktoren AufschluB uber komplizierte und komplexe Zusammenhange solcher Systeme geben. Voraussetzung fur derartige Untersuchungen ist eine flexi ble simulationstechnische Grundausstattung, mit deren Hil fe Funktionsmodelle fur MMUS aufgebaut und analysiert werden k6nnen. In jedem Fall stellt der Mensch selbst in einem derarti gen System durch die Komplexitat und Unvorhersagbarkeit seines Verhaltens einen nicht zu unterschatzenden Ge fahrdungsfaktor fUr sich und die Umwelt dar. Die Unfallstatistik verdeutlicht im Bereich des mensch lichen Fehlverhaltens und Versagens in besonders augen falliger Weise die Notwendigkeit der Analyse des Reglers "Mensch" in einem MMUS. Die Beantwortung sicherheitstechnischer Fragestellungen hangt deshalb bei einem MMUS wesentlich davon ab, welche Aussagen man uber die groBe Unbekannte "Mensch" machen kann. Es ist also von besonderem sicherheitstechnischem Interesse, Funktionsmodelle zu entwickeln, die die Gren zen der korperlichen und geistig-seelischen Leistungs fahigkeit von Versuchspersonen meBbar machen. Derartige Funktionsmodelle k6nnen dann durch Variationen von EinfluBparametern und Analyse des menschlichen Ver haltens wichtige Kennwerte fur die Auslegung von MMUS im Hinblick auf ein sicherheitstechnisches Optimum liefern. Die Umsetzung dieser Kennwerte k6nnen in besonderer Weise durch praxisorientierte Anwendung bei der Gestaltung von Arbeitsplatzen zur Humanisierung des Arbeitslebens bei tragen. -4- 1.2 Allgerneine Zielsetzu~g, Aufgabenbeschreibung und Begrenzung des Prbjektes Ziel des Projektes ist die Planung und Realisierung eines rnoglichst variablen sirnulationstechnischen Konzeptes zur qualitativen und quantitativen Errnittlung von Kennwerten liber die Unbekannte "Mensch" in einern als Funktionsrnodell sirnulierbaren ~~US. Hierbei steht zunachst die an den fi nanziellen, ortlichen und zeitlichen Gegebenheiten orientierte Konzeption, Beschaffung und Installation des Sirnulations zentrurns innerhalb des in Wuppertal neu gegrlindeten Fachbe reiches Sicherheitsttechnik irn Vordergrund. Einen weitgespannten Aufgabenbereich stellt die Inbetrieb nahrne, Austestung und Eichung der unter Punkt 2 noch naher beschriebenen Sirnulationskornponenten dar, die eine Vielzahl von Versuchslaufen und hardwarernaBigen Eingriffen in die einzelnen Sirnulationskornponenten erforderlich rnachte. Die Integration der Sirnulationskornponenten zurn funktions fahigen Sirnulationssystern stellt durch die notwendige gegen seitige hardwarernaBige Anpassung der Sirnulationskornponenten wiederurn einen urnfangreichen Aufgabenbereich des Projektes dar, dessen Bearbeitung sich in der irn Aufbau befindlichen Universitat Wuppertal als besonders rnlihevoll und zeitraubend erweisen sollte. SchlieBlich flihrt die notwendige softwarernaBige Vernetzung der Sirnulationskornponenten zur Entwicklung spezieller Sirnula tionssoftware, die einen weiteren wichtigen Aufgabenbereich des Projektes darstellt. Da das Sirnulationszentrurn neben ver suchsstatistischen Untersuchungen sowohl lichttechnisch-vi suelle als auch klirnatechnische und tracking-spezifische Einwirkungskornponenten bzw. StorgroBen auf die Versuchsper sonen errnoglichen solI, besteht die Aufgabe irn wesentlichen aus der Konzeption und Entwicklung folgender flinf Hardware und/oder Softwarekornponenten der Sirnulationsanlage oder des Simulationssysterns:
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