Mensch-Maschine-Interaktion im Betrieb der SBB

Abstract

Im Projekt "Mensch-Maschine-Interaktion im Betrieb der SBB" geht es um die Fragen, welche Auswirkungen Veränderungen der Automatisierung auf die Tätigkeiten in der Zugverkehrsleitung haben und welche Anforderungen daraus für die Gestaltung der betroffenen Systeme entstehen. Erste Ergebnisse zum aktuellen Stand der Automatisierung verschiedener Arbeitstätigkeiten in der Zugverkehrslei-tung liegen vor. Im "Werkstatt Track" soll den Fragen nachgegangen werden, mit welchen Methoden die Auswirkungen von Automatisierung auf ein soziotechnisches System am besten antizipiert und beurteilt werden können, welche arbeitspsychologischen Kriterien für die Bewertung relevant sind und wie diese Kriterien geeignet operati-onalisiert werden können. Darüber hinaus soll diskutiert werden, ob Tätigkeiten mit spezifischen Automatisierungsprofilen (in Anlehnung an Parasuraman, Sheridan & Wickens, 2000) auch mit spezifischen Risiken verbunden sind.

Full text

Mensch-Maschine-Interaktion im Betrieb der SBB
Jonas Brüngger1, Peter Grossenbacher2, Pia Zwahlen2, Jasmin Zimmer-
mann1, Kathrin Gärtner1, Toni Wäfler1 und Katrin Fischer1
Schlüsselwörter: Automatisierung, Zugverkehrsleitung, Funktionsallokation
Zusammenfassung
Im Projekt „Mensch-Maschine-Interaktion im Betrieb der SBB“ geht es um die
Fragen, welche Auswirkungen Veränderungen der Automatisierung auf die Tätig-
keiten in der Zugverkehrsleitung haben und welche Anforderungen daraus für die
Gestaltung der betroffenen Systeme entstehen. Erste Ergebnisse zum aktuellen
Stand der Automatisierung verschiedener Arbeitstätigkeiten in der Zugverkehrslei-
tung liegen vor.
Im „Werkstatt Track“ soll den Fragen nachgegangen werden, mit welchen Me-
thoden die Auswirkungen von Automatisierung auf ein soziotechnisches System
am besten antizipiert und beurteilt werden können, welche arbeitspsychologischen
Kriterien für die Bewertung relevant sind und wie diese Kriterien geeignet operati-
onalisiert werden können. Darüber hinaus soll diskutiert werden, ob Tätigkeiten
mit spezifischen Automatisierungsprofilen (in Anlehnung an Parasuraman, Sheri-
dan & Wickens, 2000) auch mit spezifischen Risiken verbunden sind.
Ausgangslage
Durch technische und organisationale Veränderungen bei den Schweizerischen
Bundesbahnen (SBB) wird sich in den nächsten Jahren der Grad der Automatisie-
rung bei unterschiedlichen Arbeitstätigkeiten in der Zugverkehrsplanung, -leitung,
Disposition und Fahrgastinformation (nachfolgend unter Zugverkehrsleitung zu-
sammengefasst) weiter erhöhen. Dadurch stellen sich zentrale Fragen, die für die
Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Zugverkehrsleitung in Zu-
kunft von entscheidender Bedeutung sein werden. In einem Forschungsprojekt mit
der Fachhochschule Nordwestschweiz, den SBB und IBM Rüschlikon sollen die
folgenden Fragen beantwortet werden:
- Welche Auswirkungen – positive und negative – hat die Automatisierung un-
terschiedlicher Tätigkeiten auf die Arbeit der Zugverkehrsleitung, sowohl im
Regelbetrieb als auch im Störungsfall?
- Welche Anforderungen resultieren daraus für die künftige Gestaltung der
Technik, der Arbeitsorganisation, der Aufgabenverteilung sowie für Schulung
und Training, um negative Auswirkungen zunehmender Automatisierung auf-
zufangen und die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleis-
ten?
1 Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW, Hochschule für Angewandte Psychologie, Olten
2 Schweizerische Bundesbahnen SBB

Im Allgemeinen soll die Automatisierung Fehler vermeiden, oft schafft sie je-
doch auch neue. Künftig wird deshalb in der Zugverkehrsleitung eine neue Qualität
der Automatisierung erforderlich sein, die nicht primär von den technischen Mög-
lichkeiten, sondern verstärkt von den Fähigkeiten und Bedürfnissen des Menschen
ausgeht, um mögliche negativen Folgen der Automatisierung zu vermeiden. Zur
Beantwortung der Fragestellungen wurde das Projekt in zwei Phasen gegliedert: in
der ersten Phase wurden Daten zu den Tätigkeiten und der aktuellen Gestaltung der
Automatisierung in der Zugverkehrsleitung erhoben. Neben der Beschreibung von
Systemeigenschaften und kognitiven Anforderungen an die Zugverkehrsleitung
wurden dazu tätigkeitsspezifische Profile des Automatisierungsgrades erstellt. In
einer nächsten Phase des Projekts soll eine Abschätzung der künftigen technischen
Entwicklungen bei den SBB und deren Einfluss auf das soziotechnische System
der Zugverkehrsleitung stattfinden.
Theoretischer Hintergrund
In Anlehnung an Hauss und Timpe (2000) wird von Automatisierung oder Auto-
mation gesprochen, wenn einzelne Funktionen oder ganze Tätigkeiten, die bisher
von Menschen ausgeführt wurden, auf Maschinen übertragen werden. Unter Au-
tomation wird das Ergebnis einer solchen Übertragung verstanden.
In einem Modell der Automation von Parasuraman, Sheridan & Wickens (2000)
werden verschiedene Arten und Stufen der Automation nach zwei Aspekten unter-
schieden (Model for Types and Levels of Automation). Zum einen wird nach der
Art der automatisierten Funktion differenziert: (1) Informationsaufnahme, (2) In-
formationsverarbeitung, (3) Entscheidungsfindung und (4) Handlungsausführung.
Zum anderen wird nach dem Ausmass der jeweiligen Automation unterschieden.
Dabei wird untersucht, in welchem Umfang Funktionen an Maschinen übertragen
wurden. Im Sinne dieses Modells können aufgabenspezifische Automatisierungs-
profile abgebildet werden (siehe Abb.1). Parasuraman et al. (2000) schlagen vor,
beim Design von Systemen darauf zu achten, welche Wirkungen verschiedene Au-
tomatisierungsgrade der vier vorgeschlagenen Funktionen auf menschliche Leis-
tungskriterien, die Zuverlässigkeit der Automation sowie die Risiken (Costs of De-
cision/Action Outcomes) haben.
Ein durchdachtes Design der Automatisierung von Tätigkeiten soll dazu dienen,
typische Fehler, die bei zunehmender Automatisierung auftreten können, zu ver-
meiden. Zu denken sei hier u. a. an die sogenannten „Ironien der Automatisierung“
(Bainbridge, 1983). Manzey (2012) fasst drei hauptsächliche unerwünschte Effek-
te der Automatisierung zusammen. Diese werden im Folgenden näher erläutert.
Verlust des Situationsbewusstseins
Der Begriff „Situationsbewusstsein“ (engl. Situation Awareness, Endsley, 2000)
bezieht sich auf die Wahrnehmung und das Wissen eines Operateurs (z.B. eines

Piloten oder eines Zugverkehrsleitenden) über den Zustand des zu kontrollierenden
Systems und seiner Objekte.
Endsley (2000) unterteilt Situation Awareness in drei Ebenen:
- Ebene 1: Wahrnehmung des aktuellen Zustandes der Systemparameter.
- Ebene 2: Verständnis der Bedeutung der Systemparameter.
- Ebene 3: Vorhersage (Antizipation) des zukünftigen Zustandes des Systems.
Situationsbewusstsein setzt aufgabenrelevantes Wissen und die Fähigkeit vo-
raus, aus diesem Wissen künftige Systemzustände vorherzusagen. Für Zugver-
kehrsleitende, welche das dynamische System „Züge - Gleisanlage - Fahrplan -
Menschen - Situation“ handhaben müssen, sind alle drei Ebenen relevant. Ein Ver-
lust des Situationsbewusstseins droht bei unangemessener Automatisierung dann,
wenn Rückmeldekanäle verändert oder eingeschränkt werden, aber auch bei In-
transparenz der Systemfunktionen, bei zu hoher Systemkomplexität, bei mangeln-
dem Systemverständnis und bei übersteigertem Vertrauen in die Automation
(Manzey, 2012).
Verlust von Fertigkeiten
Zunehmende Automatisierung kann bei den Operateuren zu einem Verlust an Fer-
tigkeiten führen, wenn diese nie oder nur noch selten die Gelegenheit haben, ein
System manuell zu bedienen. Bereits antrainierte Fähigkeiten können über die Zeit
schlechter werden oder sogar ganz verloren gehen (deskilling, Manzey, 2012).
Dies ist für die Aufgabenausführung insbesondere dann problematisch, wenn ein
Operateur bei Automationsfehlern oder -ausfällen in der Lage sein muss, automati-
sierte Funktionen wieder zu übernehmen und selbst auszuführen (Parasuraman, et
al., 2000).
Übersteigertes oder zu geringes Vertrauen in die Automation
Eine hohe wahrgenommene Zuverlässigkeit der Automation, hohe Beanspruchung
der Operateure durch gleichzeitige Aufgaben (Multi-Tasking), Müdigkeit, geringes
Vertrauen in die eigene Leistungsfähigkeit sowie mangelnde eigene Erfahrung mit
Automationsfehlern können dazu führen, dass Operateure ein übersteigertes Ver-
trauen in die Automation entwickeln (Manzey, 2012) und sich zu sehr auf die
Technik verlassen (complacency, Parasuraman, Molloy & Singh, 1993). In der
Folge werden automatisierte Funktionen mangelhaft oder nachlässig überwacht.
Dies kann zu Unterlassungs- und Handlungsfehlern führen.
Mangelndes Vertrauen in die Automation kann ebenfalls dysfunktional sein,
wenn es zur Unterschätzung der „wahren“ Systemzuverlässigkeit führt und damit
automatisierte Systeme nur unzureichend genutzt werden. Dies ist besonders prob-
lematisch bei Alarm- und Warnsystemen (Parasuraman & Riley, 1997; Meyer,
2001).

Methodisches Vorgehen
Das Projekt befindet sich derzeit in seiner ersten Phase, in der die Aufgaben und
kognitiven Anforderungen der Zugverkehrsleitung in Bezug zum derzeitigen Stand
der Automatisierung beschrieben werden. Hierzu wurden Dokumentenanalysen
und leitfadengestützte Tätigkeitsbeobachtungen sowie Interviews durchgeführt.
Die Leitfäden wurden auf Basis der KOMPASS Methode zur Bewertung und Ge-
staltung von Produktionssystemen (Wäfler, Windischer, Ryser, Weik & Grote,
1999) erstellt. Insbesondere lagen dabei die (1) Qualität der zur Verfügung stehen-
den Daten und Informationen, (2) Prozesstransparenz, (3) Kopplung und (4) der
Automatisierungsgrad in den auszuführenden Aufgaben sowie (5) Störungen und
Schwankungen im Fokus. Ergänzt wurden die Leitfäden im Hinblick auf die Me-
thoden der Cognitive Task Analysis (Militello & Hutton, 1998). Neben Aufgaben-
beschreibungen mit Fokus auf kognitive Anforderungen wurden daraus Profile des
Automatisierungsgrades der verschiedenen Tätigkeiten in der Zugverkehrsleitung
erstellt (siehe Abb.1).
Diese Profile bilden jeweils tätigkeitsspezifisch ab, in welchem Masse die In-
formationsaufnahme, -verarbeitung, Entscheidungsfindung und Handlungsausfüh-
rung derzeit automatisiert sind. Die Kriterien zur Beurteilung der Automatisie-
rungsgrade wurden aus den Beschreibungen zum „Modell verschiedener Arten und
Stufen der Automation“ von Parasuraman et al. (2000) entnommen.
Ergebnisse
Aus den Automatisierungsprofilen wird deutlich, dass sich sowohl die untersuch-
ten Funktionen (Zugverkehrsplaner, Zugverkehrsleitende, Disponenten, Disponen-
ten Assistenten und Informationsspezialisten) wie auch die unterschiedlichen Tä-
tigkeiten dieser Funktionen zum Teil stark voneinander unterscheiden. Die ver-
schiedenen Tätigkeiten bieten dementsprechend auch individuelle Herausforderun-
gen im Umgang mit automatisierten Systemen.
Zur Veranschaulichung wird beispielhaft das Profil der Zugverkehrsleitenden
mit den Tätigkeiten Überwachung/Disposition und Störungsbehandlung (Abb. 1)
beschrieben.

Abb.1: Bsp. Automatisierungsprofil eines Zugverkehrsleitenden für die Tätigkeiten Über-
wachung/Disposition und Störungsbehandlung (in Anlehnung an Parasuraman et al.,
2000)
Die Zugverkehrsleitenden nehmen Informationen sowohl über den Computer als
auch über verschiedene andere technische Systeme auf. Eine direkte Sicht z.B. auf
Züge oder Gleise ist durch die örtliche Trennung der Arbeitsplätze von den über-
wachten Sektoren nicht mehr möglich.
Im Rahmen der Überwachung/Disposition erhalten Zugverkehrsleitende durch
Systemhinweise Informationen zum Status von Zügen und über die Belegung von
Strecken. Beispielsweise wird die Zugnummer von einem Zug besonders einge-
färbt und unterstrichen dargestellt, wenn dieser vor einer Weiche stehenbleibt bzw.
von einem System gestoppt wird. Entsprechend werden dem Zugverkehrsleitenden
die Interpretation des Zustandes eines solchen Zuges und damit die Informations-
verarbeitung durch das technische System erleichtert.
Bei der Behandlung von Störungen wird die Informationsverarbeitung durch die
technischen Systeme nur wenig unterstützt. Es wird zwar angezeigt, dass ein be-
stimmtes Problem vorliegt, die Ursachen und Gründe muss der Zugverkehrsleiten-
de jedoch auf der Basis seines Vorwissens und seiner individuellen Erfahrung er-
kunden.
Bei der Tätigkeit der Überwachung/Disposition wird die Entscheidungsfindung
von den technischen Systemen kaum unterstützt. Im Rahmen der allgemeinen Be-
triebs- und Sicherheitsvorschriften müssen eigene Entscheidungen frei getroffen
werden. Für die Tätigkeit der Störungsbehandlung ist die Entscheidungsfindung
durch vordefinierte Prozesse (auch aus technischer Sicht) zum Teil stark einge-
schränkt. Es existiert andererseits jedoch kein Expertensystem, welches den Zug-
verkehrsleitenden Entscheidungen diesbezüglich vollständig abnimmt.

Werkstatt-Diskussion
In einer nächsten Phase des Projekts sollen eine Abschätzung der künftigen techni-
schen Entwicklungen und deren Einfluss auf die Tätigkeiten in der Zugverkehrslei-
tung stattfinden. Dazu werden im Rahmen von mehreren Workshops sowohl Ent-
wickler wie auch Nutzer der technischen Systeme gemeinsam mögliche Zukunfts-
szenarien entwickeln und ihren Einfluss auf die verschiedenen Tätigkeiten in der
Zugverkehrsleitung bewerten.
Im „Werkstatt Track“ soll diskutiert werden, mit welchen Methoden die Auswir-
kungen von Automatisierung auf ein soziotechnisches System am besten antizipiert
und beurteilt werden können. Als Diskussionsgrundlage wird die Intuitive Logics
Szenario-Methode vorgeschlagen (für einen Überblick siehe Kosow und Gaßner,
2008). Diese Methode gehört zu den kreativ-narrativen Szenariotechniken und be-
zieht neben objektiven Daten auch die Intuition und das implizite Wissen von Ex-
perten mit ein. Bezüglich der Kriterien, anhand derer die Auswirkungen der ausge-
arbeiteten Automatisierungsszenarios auf ein soziotechnisches System beurteilt
werden sollen, schlagen die Autoren die drei von Manzey (2012) beschriebenen
Problemfelder vor (Verlust von Situationsbewusstsein, Verlust von Fertigkeiten,
übersteigertes oder zu geringes Vertrauen). Mit den Teilnehmenden des Werkstatt
Tracks erhoffen sich die Autoren eine Diskussion der Vor- und Nachteile des Ein-
satzes der vorgeschlagenen Methoden und Kriterien sowie Vorschläge für die Um-
setzung.
Des Weiteren soll gemeinsam diskutiert werden, ob Tätigkeiten mit spezifischen
Automatisierungsprofilen auch mit spezifischen Risiken verbunden sind, und falls
ja, mit welchen. Auf der Basis der bisherigen Projektergebnisse konnten bereits
erste Hypothesen dazu aufgestellt werden. So wird z. B. vermutet, dass die Kom-
bination eines mittleren Automatisierungsgrades bei der Informationsaufnahme
und eines hohen Automatisierungsgrades in der Handlungsausführung (bei einer
typischen Überwachungsaufgabe) verstärkt zu Monotonie und dadurch vermittelt
zu einem geringeren Situationsbewusstsein führt.
Die Autoren erhoffen sich eine konstruktive, kritische Diskussion und gegebe-
nenfalls methodischen Input von den Werkstattteilnehmenden.
Literatur
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