Humans and cyber-physical systems as teammates? Characteristics and applicability of the human-machine-teaming concept in intelligent manufacturing

The paper explores and comments on the theoretical concept of human-machine-teaming in intelligent manufacturing. Industrial production is an important area of work applications and should be developed toward a more anthropocentric Industry 4.0/5.0. Teaming is used a design metaphor for human-centered integration of workers and complex cyber-physical-production systems using artificial intelligence. Concrete algorithmic solutions for technical processes should be based on theoretical concepts. A combination of literature scoping review and commentary was used to identify key characteristics for teaming applicable to the work environment addressed. From the body of literature, five criteria were selected and commented on. Two characteristics seemed particularly promising to guide the development of human-centered artificial intelligence and create tangible benefits in the mid-term: complementarity and shared knowledge/goals. These criteria are outlined with two industrial examples: human-robot-collaboration in assembly and intelligent decision support in thermal spraying. The main objective of the paper is to contribute to the discourse on human-centered artificial intelligence by exploring the theoretical concept of human-machine-teaming from a human-oriented perspective. Future research should focus on the empirical implementation and evaluation of teaming characteristics from different transdisciplinary viewpoints

Knowledge matters! - Exploring Drivers and Barriers in the Acceptance of FCEVs as a Sustainable Mobility Solution

The usage of “green” hydrogen as a sustainable alternative to empower vehicles is a promising option for the strongly required reduction of CO2-emissions in the transport sector. For the successful introduction of such new technology, user acceptance is known to be one crucial factor. The presented online survey (N = 207) investigated (1) potential barriers and drivers for the uptake of fuel cell electric vehicles (FCEVs) and (2) the effect of prior knowledge about FCEVs. Generally, respondents reported aspects connected to environmental friendliness to be main drivers and infrastructural factors (e.g., missing hydrogen stations) as main barriers connected with FCEVs independently from prior knowledge. Besides, results revealed considerable differences between participants with little vs. considerable prior knowledge implying a negative effect of less knowledge in terms of more skeptical assessments. Hence, measures enhancing knowledge about and experience with FCEVs might positively affect perceived barriers and drivers of FCEVs.Die Nutzung von „grünem“ Wasserstoff als eine nachhaltige Alternative des Antriebs von Fahrzeugen ist eine vielversprechende Möglichkeit für die dringend notwendige Reduktion von CO2-Emissionen im Transportsektor. Für den Erfolg der Einführung solch neuer Technologien ist die Nutzerakzeptanz von entscheidender Bedeutung. In diesem Zusammenhang untersuchte die vorliegende Onlinestudie (N = 207) (1) potentielle Barrieren und Motivatoren für die Akzeptanz von Brennstoffzellenfahrzeugen und (2) den Effekt von individuellem Vorwissen hinsichtlich Brennstoffzellenfahrzeugen. Unabhängig vom jeweiligen Vorwissen berichteten die Befragten Aspekte im Zusammenhang mit der Umweltfreundlichkeit der Fahrzeuge als Hauptmotivatoren und Faktoren hinsichtlich der Infrastruktur (z.B. fehlende Wasserstofftankstellen) als Hauptbarrieren. Daneben zeigten sich aber auch erhebliche Unterschiede zwischen Personen mit viel und wenig Vorwissen, die durch negativere Bewertungen von Personen mit wenig Vorwissen gekennzeichnet sind. Folglich können möglicherweise Maßnahmen, die den Erwerb von Wissen über und die Erfahrung mit Brennstoffzellenfahrzeugen unterstützen, wahrgenommene Barrieren und Motivatoren von Brennstoffzellenfahrzeugen positiv beeinflussen

Transdisziplinäre Betrachtung I: Wie beeinflussen mentale Modelle des Menschen die Entwicklung und Nutzung technischer Systeme?

Die menschzentrierte Industrie der Zukunft wird durch die Zusammenführung transdisziplinärer Sicht- und Arbeitsweisen verschiedener Fachdisziplinen entstehen. Die Veröffentlichungsreihe 'Transdisziplinäre Betrachtungen' fasst wesentliche Themen im Spannungsfeld 'Mensch, Künstliche Intelligenz und Technik' in übersichtlicher Posterform zusammen. Die Betrachtungen dienen der einführenden Darstellung einer ganzheitlich-systemischen Betrachtungsweise des Bereichs „Mensch und Produktion“. 'Transdisziplinäre Betrachtungen I' widmet sich der Frage, wie mentale Modelle des Menschen den Technikentwicklungs- und Techniknutzungsprozess beeinflussen. Hierzu werden die zwei grundlegenden Rollen des Menschen im Zusammenhang mit der Technik dargestellt. Relevante psychologische Prozesse, u.a. kognitive Prozesse der menschlichen Informationsverarbeitung, werden benannt. Es wird anschaulich dargestellt und beschrieben, wie mentale Modelle des Menschen mit technischen Modellen und Systemen in Zusammenhang stehen (sollten)

Transdisziplinäre Betrachtung II: Wie beeinflussen mentale Modelle des Menschen die technische Modellbildung und Technikentwicklung?

Die menschzentrierte Industrie der Zukunft wird durch die Zusammenführung transdisziplinärer Sicht- und Arbeitsweisen verschiedener Fachdisziplinen entstehen. Die Veröffentlichungsreihe 'Transdisziplinäre Betrachtungen' fasst wesentliche Themen im Spannungsfeld 'Mensch, Künstliche Intelligenz und Technik' in übersichtlicher Posterform zusammen. Die Betrachtungen dienen der einführenden Darstellung einer ganzheitlich-systemischen Betrachtungsweise des Bereichs „Mensch und Produktion“. 'Transdisziplinäre Betrachtungen II' widmet sich der Frage, wie mentale Modelle des Menschen den Technikentwicklungsprozess und die technische Modellbildung beeinflussen. Grundlegende kognitive Prozesse der menschlichen Informationsverarbeitung werden hierfür weiter spezifiziert. Es wird dargestellt, wie höhere kognitive Verarbeitungsprozesse zur Bildung mentaler Modelle, die die Grundlage der technischen Modellbildung und des Technikentwicklungsprozesses sind, beitragen. Der technische Designprozess wird in Grundzügen dargestellt, ebenso hierfür wesentliche Methoden und Vorgehensweisen. Die technische Realisierung ist das Endergebnis, das die Interaktion mit dem Nutzenden ermöglicht. Die Bildung transdisziplinärer mentaler Modelle auf Seiten der Technikentwickler erlaubt es, den nutzerzentrierten Designprozess adäquater und frühzeitiger in den Technikentwicklungsprozess zu integrieren

Diagnostisches Schließen bei Widersprüchen:

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem diagnostischen Schließen bei Widersprüchen. Diagnostisches Schließen wird in Anlehnung an Johnson und Krems (2001) als sequentieller Verstehensprozess aufgefasst, bei dem ein Situationsmodell aufgebaut wird, dass die Problemlösung enthält. Es wurde eine Experimentalaufgabe aus dem Bereich der medizinischen Diagnostik konstruiert, bei der sequentiell Krankheitssymptome präsentiert wurden. Die studentischen Versuchspersonen sollten auf mögliche Ursachen schließen und eine Diagnose stellen. Erfasst wurden die Häufigkeit richtiger Lösungen sowie Ratingwerte einer Plausibilitätseinschätzung über den gesamten Schlussfolgerungsprozess hinweg. Neben widerspruchsfreien Versuchsdurchgängen wurden zwei Arten von Widersprüchen erzeugt. Zum einen Widersprüche, in denen ein Wechsel zwischen verschiedenen Klassen von Hypothesen notwendig ist, und zum anderen Widersprüche, bei denen zwischen Einzelhypothesen der gleichen Hypothesenklasse gewechselt werden soll. Erwartet wurde, dass Widersprüche schwerer zu lösen sein sollten als widerspruchsfreie Durchgänge und dass sich der Prozess des Schließens je nach Widerspruchsart unterschiedlich gestaltet. Im Vergleich der Durchgänge ließen sich die Hypothesen bestätigen. Bezüglich der beiden Widerspruchsarten wurde davon ausgegangen, dass ein Wechsel zwischen Hypothesenklassen schwieriger sein sollte, als wenn Einzelhypothesen innerhalb der gleichen Klasse geändert werden müssen. Dies konnte in der experimentellen Untersuchung nicht bestätigt werden, sondern hat sich eher gegenteilig gezeigt. Mit Hilfe des Verfahrens der Fuzzy Pattern Klassifikation, dass insbesondere die Unsicherheit und Unschärfe von Daten berücksichtigt, wurden die Ratings ausgewertet. Die Modellierung des Schlussfolgerungsprozesses speziell für die Fälle von Widersprüchen verdeutlicht die Ergebnisse

Transdisziplinäre Betrachtung II: Wie beeinflussen mentale Modelle des Menschen die technische Modellbildung und Technikentwicklung?

Die menschzentrierte Industrie der Zukunft wird durch die Zusammenführung transdisziplinärer Sicht- und Arbeitsweisen verschiedener Fachdisziplinen entstehen. Die Veröffentlichungsreihe 'Transdisziplinäre Betrachtungen' fasst wesentliche Themen im Spannungsfeld 'Mensch, Künstliche Intelligenz und Technik' in übersichtlicher Posterform zusammen. Die Betrachtungen dienen der einführenden Darstellung einer ganzheitlich-systemischen Betrachtungsweise des Bereichs „Mensch und Produktion“. 'Transdisziplinäre Betrachtungen II' widmet sich der Frage, wie mentale Modelle des Menschen den Technikentwicklungsprozess und die technische Modellbildung beeinflussen. Grundlegende kognitive Prozesse der menschlichen Informationsverarbeitung werden hierfür weiter spezifiziert. Es wird dargestellt, wie höhere kognitive Verarbeitungsprozesse zur Bildung mentaler Modelle, die die Grundlage der technischen Modellbildung und des Technikentwicklungsprozesses sind, beitragen. Der technische Designprozess wird in Grundzügen dargestellt, ebenso hierfür wesentliche Methoden und Vorgehensweisen. Die technische Realisierung ist das Endergebnis, das die Interaktion mit dem Nutzenden ermöglicht. Die Bildung transdisziplinärer mentaler Modelle auf Seiten der Technikentwickler erlaubt es, den nutzerzentrierten Designprozess adäquater und frühzeitiger in den Technikentwicklungsprozess zu integrieren

Transdisziplinäre Betrachtung I: Wie beeinflussen mentale Modelle des Menschen die Entwicklung und Nutzung technischer Systeme?

Die menschzentrierte Industrie der Zukunft wird durch die Zusammenführung transdisziplinärer Sicht- und Arbeitsweisen verschiedener Fachdisziplinen entstehen. Die Veröffentlichungsreihe 'Transdisziplinäre Betrachtungen' fasst wesentliche Themen im Spannungsfeld 'Mensch, Künstliche Intelligenz und Technik' in übersichtlicher Posterform zusammen. Die Betrachtungen dienen der einführenden Darstellung einer ganzheitlich-systemischen Betrachtungsweise des Bereichs „Mensch und Produktion“. 'Transdisziplinäre Betrachtungen I' widmet sich der Frage, wie mentale Modelle des Menschen den Technikentwicklungs- und Techniknutzungsprozess beeinflussen. Hierzu werden die zwei grundlegenden Rollen des Menschen im Zusammenhang mit der Technik dargestellt. Relevante psychologische Prozesse, u.a. kognitive Prozesse der menschlichen Informationsverarbeitung, werden benannt. Es wird anschaulich dargestellt und beschrieben, wie mentale Modelle des Menschen mit technischen Modellen und Systemen in Zusammenhang stehen (sollten)

Brücken bauen! Grundlagen des transdisziplinären Forschens zu Human-Cyber-Physical Systems am Beispiel der Modellierung von Expertenwissen zur Elastizität von Materialien mit versteh- und erklärbarer Künstlicher Intelligenz

Der Artikel beschreibt ein Vorgehen für transdisziplinäre Forschungsteams, die auf Basis der integrativen Rahmenkonzeption „Mensch-Cyber-Technik-System“ (Human-Cyber-Physical System) gemeinsame Forschungsfragestellungen bearbeiten möchten. Es wird eine Systematik skizziert, die am Beispiel versteh- und erklärbarer Künstlicher Intelligenz für die ausgewählte Applikation der „Modellierung von menschlichem Expertenwissen über die Elastizität von Materialien“ schrittweise erläutert wird

Brücken bauen! Grundlagen des transdisziplinären Forschens zu Human-Cyber-Physical Systems am Beispiel der Modellierung von Expertenwissen zur Elastizität von Materialien mit versteh- und erklärbarer Künstlicher Intelligenz

Der Artikel beschreibt ein Vorgehen für transdisziplinäre Forschungsteams, die auf Basis der integrativen Rahmenkonzeption „Mensch-Cyber-Technik-System“ (Human-Cyber-Physical System) gemeinsame Forschungsfragestellungen bearbeiten möchten. Es wird eine Systematik skizziert, die am Beispiel versteh- und erklärbarer Künstlicher Intelligenz für die ausgewählte Applikation der „Modellierung von menschlichem Expertenwissen über die Elastizität von Materialien“ schrittweise erläutert wird