TU Darmstadt / ULB / TUprints

An approach to goal directed information management on the flight deck

Sprengart, Sebastian (2022):
An approach to goal directed information management on the flight deck. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00019817,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: An approach to goal directed information management on the flight deck
Language: English
Abstract:

Today’s flight decks are the result of an evolutionary development process. With every design step the level of automation and amount of available information increased. Considerable challenges in relation to information management are documented. Looking into the future, the introduction of Reduced Crew Operation (RCO) may aggravate these challenges. Removing the second pilot will remove cognitive capacity, which is a central factor for today’s information management.

The increasingly relevant question of how to properly manage information on the flight deck in the future is evaluated in this thesis. A development process based on the “Ergonomics of Human System Interaction” standard is pursued to answer this question. Challenges related to information management and existing efforts in this domain are identified. Based on a context analysis of future operations a new concept of operations centered on the human operator on the flight deck is developed. Mission manager is established as a new job title for pilots. Requirements towards information management on the future flight deck are derived. An information management concept for a human operator interacting with a highly automated aircraft is proposed. Goal oriented Information Management (GoIM) is developed to describe this interaction. The implementation of the concept of operations and GoIM in hard- and software is described. Hypotheses towards the parameters of effectivity, efficiency, and satisfaction of usability are formulated. An overall beneficial rating of usability is hypothesized.

Evaluation of the concept is performed using a purpose-built RCO research simulator. Users are tasked to perform a two-part evaluation study, consisting of an application usability test and a scenario-based evaluation, utilizing the software implementation. It is shown with a 95% confidence level, that the GoIM concept offers acceptable usability. Backed by positive user feedback GoIM is shown to be a potential solution for future information management on the flight deck. Recommendations towards the further development of the herein proposed concept are given. A closer user interaction and more focused design work is advised. Further broadening the concept and performance-based evaluation and validation is recommended.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Heutige Flugzeugcockpits sind das Resultat eines evolutionären Entwicklungsprozesses. Mit jedem Designschritt hat sich der Automationsgrad und der Umfang der verfügbaren Informationen erhöht. Probleme in Bezug auf das Informationsmanagement sind bekannt. Mit Blick in die Zukunft wird die Einführung von Reduced Crew Operation (RCO) dies weiter verschärfen. Das Entfernen des zweiten Piloten wird eine Reduktion der kognitiven Kapazität zur Folge haben.

Die zunehmend relevante Fragestellung, wie Informationen im Cockpit der Zukunft verwaltet werden, ist Gegenstand dieser Thesis. Ein auf der Norm “Ergonomie der Mensch-System-Interaktion” basierter Entwicklungsprozess wird zur Beantwortung der Frage herangezogen. Herausforderungen im Bereich des Informationsmanagements werden identifiziert. Basierend auf einer Kontextanalyse zukünftiger Operationen wird ein neues Operationskonzept für den menschlichen Akteur im Cockpit beschrieben. Mission manager wird als neuer Tätigkeitstitel für Piloten eingeführt. Anforderungen an die Gestaltung des Informationsmanagements im zukünftigen Cockpit werden abgeleitet. Ein Konzept zur Beschreibung der Interaktionen zwischen Mensch und hoch automatisierten Luftfahrzeugsystemen wird beschrieben. Goal oriented Information Management (GoIM) wird zur Beschreibung dieser Interaktionen entwickelt.

Eine Implementierung von GoIM in Hard- und Software findet statt. Hypothesen hinsichtlich Effektivität, Effizienz und Nutzerzufriedenheit werden formuliert. Eine insgesamt positive Bewertung der Gebrauchstauglichkeit wird hypothesiert. Die Evaluierung des Konzeptes wird in einem speziell angefertigtem RCO Flugsimulator durchgeführt. Die Nutzer werden durch eine zweistufige Evaluierung geführt, bestehend aus Gebrauchstauglichkeits- und einer Szenario basierten Evaluierung. Die entwickelte Software wird hierbei eingesetzt. Mit einem 95% Konfidenzintervall wird GoIM eine akzeptable Gebrauchstauglichkeit attestiert. Gestützt durch positives Feedback wird GoIM als eine mögliche Lösung für Informationsmanagement im zukünftigen Cockpit gesehen. Empfehlungen für nachfolgende Arbeiten werden gegeben. Engere Einbindung der Nutzer in den Entwicklungsprozess, sowie die Weiterentwicklung des Konzeptes und weitere Validierungen werden angeraten.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xix, 227 Seiten
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Flight Systems and Automatic Control (FSR) > Pilot Assistance Systems
Date Deposited: 07 Feb 2022 12:14
Last Modified: 07 Feb 2022 12:14
DOI: 10.26083/tuprints-00019817
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-198174
Referees: Klingauf, Prof. Dr. Uwe ; Bruder, Prof. Dr. Ralph
Date of oral examination: 27 October 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/19817
PPN:
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