Kognitive Modellierung mit Farbigen Petrinetzen zur Analyse menschlichen Verhaltens

Werther, Bernd

Die vorliegende Arbeit stellt einen modellbasierten Ansatz zur ganzheitlichen Betrachtung von Mensch-Maschine-Systemen vor. Dieser Modellierungsansatz dient als Unterstützung bei der Gestaltung der Arbeitsabläufe von Operateuren. Das im Rahmen der Arbeit entwickelte Formale Kognitive Ressourcen (FCR)-Modell berücksichtigt als herausragende zentrale Eigenschaft die Beschränktheit der Verarbeitungsleistung des menschlichen Bedieners, aus der sich für diesen die Notwendigkeit der Integration und Organisation verschiedener Handlungsfolgen zu einem Arbeitsprozess ableitet. Die Beschreibung des motivatorischen Charakters kognitiver Systeme ermöglicht die Darstellung zielgerichteten Handelns in Mehraufgabensituationen. Als Beschreibungsmittel finden Farbige Petrinetze Anwendung. Formale Analysemethoden ermöglichen die Überprüfung der charakteristischen Eigenschaften des kognitiven Systems. In einem ersten Validationsschritt wird eine qualitative Überprüfung der Abbildung der Handlungsabläufe im Modell durch den Vergleich mit empirisch erfassten Verhaltensdaten bei der Bedienung einer Mikrowelt vorgenommen. Das FCR-Modell dient zur Analyse menschlicher Informationsverarbeitung und ermöglicht somit das Aufdecken kritischer Situationen bzw. das Feststellen von Ursachen für Fehlverhalten und unterstützt zudem die ganzheitliche Betrachtung von Mensch und Maschine in einem Modell.

The thesis presents a model based approach for a holistic consideration of human-machine systems. The model supports the design and formation of the operators work sequences. In scope of the thesis a Formal Cognitive Resource (FCR)-Model is developed which treats limitation of the human operators processing capability as a main property. From this limitation stems the need to integrate and organize different action sequences into a balanced working process. The model is implemented as a Coloured Petri Net. Typical characteristics of net components find inherent consideration in the FCR-Model. In a first validation example behaviour of the FCR-Model is analyzed and compared with empirical results obtained in an experimental study performed on the operation of a micro world. Reasons for a specific behaviour of human operators in a working environment are being identified depending on cognitive parameters of the FCR-Model. It is shown how these parameters correspond to psychological performance properties. The FCR-Model in its current version serves for analysis of human information processing and discloses critical situations and faults in human behaviour.

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Werther, Bernd: Kognitive Modellierung mit Farbigen Petrinetzen zur Analyse menschlichen Verhaltens. 2005.

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