Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE 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-
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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:
