Zur Verbundintelligenz integrierter Mensch-Computer-Teams:ein organisationstheoretischer Ansatz

Der Beitrag führt zunächst in neuere organisationstheoretische Arbeiten zur "Organisatorischen Intelligenz" ein. Diese setzen u.a. voraus, kognitive menschliche und maschinelle Arbeit durch entsprechenden Einsatz informationstechnischer Maßnahmen organisatorisch zu integrieren. Die Berücksichtigung aktueller Anforderungen an die Führungsorganisation (Dezentralisierung und Delegation, Kooperation statt zentraler Vorgaben, Erweiterung der Bereichsautonomie) führt zu dem auf den Kooperationsparadigmen der Informatik basierenden Vorschlag einer föderativen Informationssystemarchitektur. Diese enthält als einen wesentlichen Bestandteil ein wissensbasiertes Koordinationsmanagement, welches die Arbeit integrierter Mensch-Computer-Teams wirkungsvoll unterstützt und das Verhalten kooperativ-intelligenter Informationssysteme an den Zielen der Organisatorischen Intelligenz auszurichten erlaubt

Aspekte der verteilten Bauwerksmodellierung in kooperativen Entwurfsumgebungen auf Basis dynamischer Objektstrukturen

Entwurfsprozesse im Bauwesen sind hochgradig kooperative Prozesse mit alternierenden Phasen asynchroner und synchroner Teamarbeit. Die Informationen über den aktuellen Entwurfsgegenstand können als Objektstrukturen modelliert werden, die in entsprechenden Modellverwaltungssystemen gespeichert werden. Bei der Realisierung von kooperativ nutzbaren Umgebungen für den Bauwerksentwurf sind jedoch bei der Auswahl von Basistechniken spezifische Anforderungen von CSCW-Applikationen zu beachten, die bestimmte traditionelle Verfahren nicht erfüllen. Neben verschiedenen Auswirkungen auf das Interaktionsverhalten der Entwurfsumgebung spielt die cooperation awareness der eingesetzten Mechanismen eine bedeutende Rolle. Mechanismen zur Zugriffskontrolle sind in netzwerkbasierten Mehrbenutzerumgebungen essentiell, jedoch sind herkömmliche Verfahren zu unflexibel und nicht hinreichend ausdrucksstark. Eine adaptierte und erweiterte Variante des Matrixverfahrens ist für die Anwendung in Modellverwaltungssystemen geeignet. Ebenso muss bei der Auswahl von Mechanismen zur Nebenläufigkeitskontrolle Augenmerk auf dessen Eignung in Groupware-Systemen gelegt werden. Bei der Unterstützung asynchroner Kooperation können Lock-Verfahren auf die Informationen in Modellverwaltungssystemen angewandt werden. Für die Applikationen für synchrone Teamarbeit müssen derartige Mechanismen auf die gemeinsamen Informationsbestände sowie auf Systemressourcen der Entwurfsumgebung angewendet werden. Hierfür sind floor-passing'-Verfahren geeignet; die Anwendbarkeit von Transformationsverfahren sollte für die konkret umzusetzende Applikation geprüft werden

Automatisierte kooperative Transition einer Regelungsaufgabe zwischen Mensch und Maschine am Beispiel des hochautomatisierten Fahrens

In dieser Arbeit wird ein auf Haptic-Shared-Control basierendes Konzept vorgeschlagen, welches Menschen bei der Übernahme einer Aufgabe von einer Automation, wie beispielsweise am Ende einer hochautomatisierten Fahrt, unterstützt. Die Beschreibung der Interaktion durch zeitvariante Differentialspiele erlaubt einen modellbasierten Reglerentwurf sowie die Schätzung der aktuellen Bereitschaft des Menschen. Der Nachweis von performanteren und sicheren Transitionen erfolgt in mehreren Experimenten

Automatisierte kooperative Transition einer Regelungsaufgabe zwischen Mensch und Maschine am Beispiel des hochautomatisierten Fahrens

Diese Arbeit befasst sich mit der Frage, wie ein Transfer einer Aufgabe zwischen Mensch und Maschine gestaltet werden kann, um die Qualität und Sicherheit während des gesamten Übergabeprozesses zu gewährleisten. Dazu wird eine Beschreibung der Mensch-Maschine-Interaktion mit Hilfe von zeitvarianten Differentialspielen vorgeschlagen, welche einen modellbasierten Reglerentwurf ermöglicht. Durch haptische Interaktion am Stellglied wird der Mensch optimal unterstützt und sicher an die Aufgabe heranführt. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit eine Methodik entwickelt, um die aktuelle Bereitschaft des Menschen zur Laufzeit zu schätzen und den Transitionsprozess entsprechend anzupassen. Der Anwendung der Methoden auf der Übernahme der Fahraufgabe nach einer hochautomatisierten Fahrt resultiert im Gegensatz zum Stand der Technik in sicheren und kontrollierten Fahrmänövern

Planung kooperativer Fahrmanöver für kognitive Automobile

Fahrerassistenzsysteme eröffnen die Möglichkeit für automatische Eingriffe in Gefahrensituationen und bieten dadurch ein Potenzial zur Unfallvermeidung und zur Minimierung der Unfallschwere im Straßenverkehr. Die Handlungen mehrerer kognitiver Fahrzeuge können über Funkkommunikation miteinander koordiniert werden. Diese Dissertation untersucht potenziell echtzeitfähige Bewegungsplanungsalgorithmen zur Planung von Fahrmanövern, die von mehreren Fahrzeugen kooperativ ausgeführt werden können

Kognitive Automation zur kooperativen UAV-Flugführung

Sowohl Menschen als auch Maschinen müssen sich in immer komplexer werdenden Arbeitsumgebungen zurechtfinden und dabei insbesondere auch mit anderen Menschen und/oder Maschinen zusammenwirken, um die zu bearbeitenden Aufgabenstellungen erfolgreich meistern zu können. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, zunächst maschinelle Fähigkeiten zur Kooperation auf wissensbasierter Verhaltensebene umzusetzen, um damit die Grundlage für Mensch-Maschine Kooperation auf Basis eines umfassenden Verständnisses der Gesamtsituation zu schaffen. Hierbei spielt insbesondere die Repräsentation expliziter Handlungsziele eine zentrale Rolle, die es ermöglicht, auch dann sinnvolles Verhalten zu zeigen, wenn für die aktuelle Situation keine vordefinierten Verhaltensregeln zur Verfügung stehen. Ausgangspunkt für die weiteren Betrachtungen ist eine Arbeitssystem-Konfiguration im Anwendungsgebiet der Führung mehrerer UAVs, in der ein menschlicher Operateur einem Team aus UAVs Teilaufträge zuweisen kann, die diese eigenständig in Kooperation bearbeiten. Dabei wird jedes UAV von einer so genannten künstlichen kognitiven Einheit mit kooperativen Fähigkeiten geführt. Im Hinblick auf eine Integration menschlicher Teammitglieder in das maschinelle Team wird für die Umsetzung rationalen, zielgerichteten Verhaltens im Rechner, d.h. die künstlichen kognitiven Einheiten, der Theorieansatz des Kognitiven Prozesses zugrunde gelegt. Dieser unterstützt insbesondere die Nachbildung der wissensbasierten Verhaltensebene des Menschen auf Basis einer expliziten Repräsentation von Handlungszielen. Den zweiten Teil des Konzepts bilden Methoden zur Kooperation, wobei vor allem die Teilaspekte der Koordination und Kommunikation im Team von Interesse sind. Die Konzeptanteile amp;quot;künstliche Kognitionamp;quot; und amp;quot;Kooperationamp;quot; werden zusammengeführt, indem Kooperation hinsichtlich der Merkmale analysiert wird, die gemäß dem Kognitiven Prozess notwendig sind, um wissensbasiertes Verhalten darzustellen. Wesentlich ist hierbei vor allem die Identifikation von Zielen von Kooperation wie zum Beispiel das Vermeiden redundanter Aufgabenbearbeitung durch mehrere Teammitglieder. Die Implementierung eines Funktionsprototyps, d.h. konkret einer künstlichen kognitiven Einheit mit kooperativen Fähigkeiten, erfolgt auf Grundlage der kognitiven Systemarchitektur COSA und der Programmiersprache CPL. Erstere stellt applikationsunabhängige Anteile des Kognitiven Prozesses in einem Framework zur Verfügung, während die Programmiersprache CPL die Modellierung von Wissen auf Basis mentaler Begriffe wie zum Beispiel Zielen erlaubt. Abschließend wird der implementierte Funktionsprototyp anhand eines Anwendungsbeispiels evaluiert. Hierbei handelt es sich um eine kooperative SEAD-/Attack-Mission, bei der fünf UAVs gemeinsam ein Ziel bekämpfen sollen. In einem ersten Schritt wird dabei nachgewiesen, dass die geforderte Funktionalität mit dem gewählten Ansatz abgebildet werden kann. In einem zweiten Schritt werden die Errungenschaften im Hinblick auf die Realisierung von Kooperation auf wissensbasierter Verhaltensebene dargestellt. Schließlich erfolgt eine Bewertung der für maschinelle Kooperation ausgelegten künstlichen kognitiven Einheiten hinsichtlich deren Eignung für Mensch-Maschine Kooperation

Workflow Management mit kooperativen Softwaresystemen:State of the Art und Problemabriß

Ausgehend von den Forderungen nach Markt- und Kundenorientierung, organisatorischer Reaktionsschnelligkeit, Flexibilität und Anpassungsfähigkeit wird derzeit in Wissenschaft und Praxis mit Hochdruck an der Entwicklung neuer organisatorischer Konzepte gearbeitet.In diesem Zusammenhang ist auch häufig von Workflow-Management-Systemen die Rede. Diese sind angetreten, um Geschäftsprozesse in einer Organisation aktiv und durch den Einsatz von Rechnertechnologie zu unterstützen. In dieser Arbeit wird zunächst der aktuelle Stand der Kunst zur Modellierung von Geschäftsprozessen einer kritischen Betrachtung unterzogen. Dabei zeigt sich, daß die Strukturierbarkeit von Aufgaben und die Komplexität der Vorgangserzeugung zwei für den Entwurf von Workflow-Management-Systemen wesentliche, diesen jedoch in unterschiedlicher Weise beeinflussende Kriterien sind. Betrachtet man nun allerdings moderne dezentralisierte Organisationen, dann stellt man rasch fest, daß die dort gegebenen Anforderungen insbesondere an die Modellierung und Steuerung von Geschäftsprozessen weit über das hinausgehen, was Workflow-Management-Systeme konventioneller Technologie leisten können. Hier bieten jedoch die in der Verteilten Künstlichen Intelligenz entwickelten Konzepte erfolgversprechende Lösungsansätze. Die Arbeit zeigt auf, wie diese zur Koordination von Geschäftsprozessen genutzt und so zur Flexibilisierung der informationstechnischen Unterstützung von Geschäftsprozessen eingesetzt werden können.<br

Orchestrierung von Lehr-Lernprozessen beim webbasierten forschenden Lernen im gymnasialen Biologieunterricht

Die Förderung naturwissenschaftlicher Grundbildung mit den Komponenten Fachwissen und Onlinerecherchekompetenz scheint im Rahmen von lernerzentrierten Ansätzen, wie dem computerunterstützten kooperativen forschenden Lernen, möglich. Allerdings benötigen alle am Unterrichtsgeschehen beteiligten Personen aufgrund der hohen Anforderungen solcher Instruktionsansätze Hilfestellung. Instruktionale Kleingruppenkooperations- und Unterrichtsskripts stellen hierbei eine vielversprechende Möglichkeit dar. In einer quasi- experimentellen Feldstudie wurden in einem 2x2-faktoriellen Design die Effekte eines Kleingruppenkooperationsskripts (mit vs. ohne) und zweier verschiedener Arten von Unterrichtsskripts (Gruppen- vs. Plenum-plus-Gruppen-Unterrichtsskripts) sowohl auf die Häufigkeit höherwertiger kognitiver sowie metakognitiver Aktivitäten als auch auf den Fachwissen- und Kompetenzerwerb untersucht. An der Untersuchung nahmen insgesamt 174 Schülerinnen und Schüler aus acht 9. Klassen verschiedener Münchener Gymnasien teil. Die Ergebnisse zeigten, dass sich instruktionale Kleingruppenkooperations- und Plenum-plus- Gruppen-Unterrichtsskripts negativ auf die Häufigkeit höherwertiger kognitiver Aktivitäten auswirkten, wohingegen mit dem Kleingruppenkooperationsskript die gezeigten metakognitiven Aktivitäten gefördert werden konnten. Des Weiteren konnte der Erwerb von Onlinerecherchekompetenz mittels des Kleingruppenkooperations- und des Plenum-plus- Gruppen-Unterrichtsskripts unterstützt werden, wohingegen die Förderung des Fachwissenserwerbs anhand der instruktionalen Skripts nicht möglich war. Der Zusammenhang zwischen dem Kleingruppenkooperations- sowie dem Plenum-plus-Gruppen- Unterrichtsskript und dem Wissenserwerb (Fachwissen und Onlinerecherchekompetenz) wurde von der Häufigkeit höherwertiger kognitiver und metakognitiver Aktivitäten moderiert. Demnach stellen Kleingruppenkooperations- und Unterrichtsskripts auch in authentischen Unterrichtskontexten ein probates Mittel zur Unterstützung der naturwissenschaftlichen Grundbildung dar, wobei die Häufigkeit, mit der höherwertige kognitive und metakognitive Aktivitäten gezeigt werden, hierbei eine bedeutende Rolle spielt

Techniken der Verwaltung dynamischer digitaler Bauwerksmodelle für Revitalisierungsvorhaben

Modellverwaltungssysteme sind eine geeignete technologische Basis zum Management digitaler Bauwerksmodelle bei Planungstätigkeiten für den Neubau als auch für die Revitalisierung von Bauwerken. Die Unterstützung von Revitalisierungsprozessen impliziert für den Entwurf integrierter Planungsumgebungen spezifische Anforderungen wie die Repräsentation von Informationen, die mit verschiedenen Typen von Vagheit behaftet sind, die Notwendigkeit, den Soll- sowie den Ist- Zustand des Bauwerks abzubilden und die Fähigkeit des Umgangs mit temporal inkonsistenten Modellzuständen. Die erforderliche Dynamik der Domänenmodelle und die erforderliche Nutzbarkeit in Virtual Enterprises stellen weitere Ansprüche an die Realisierungsbasis der Modellverwaltungssysteme. Zur Implementierung derartiger Systeme erweist es sich als vorteilhaft, Eigenschaften objektorientierter Programmiersprachen mit nichtstatischen Typsystemen auszunutzen, da diese durch die vorhandene Metaebene sowie Introspektions- und Reflektionsmechanismen eine effiziente Realisierungsbasis bereitstellen. Zur effektiven Unterstützung synchroner kooperativer Planungstätigkeiten innerhalb einzelner Fachdisziplinen wurde ein Benachrichtigungsmechanismus realisiert, der an das Modellverwaltungssystem angekoppelte Fachapplikationen über nebenläufig vorgenommene Modifikationen am zugehörigen Domänenmodell oder an Projektinformationen informiert. Weiterhin existiert ein Mechanismus zur vereinfachten Anbindung von existierenden Applikationen, die auf statischen Partialmodellen beruhen oder standardisierte, modellbasierte Austauschformate unterstützen. Abschließend wird eine aus einem zentralen Projektserver, Domänenservern und Domänenclients bestehende hybride Systemarchitektur vorgestellt, die geeignet ist, unter den Randbedingungen kooperativer und geographisch verteilter Arbeit bei Revitalisierungsvorhaben in Virtual Enterprises eingesetzt zu werden