Verhaltenswirksamkeit von Likelihood Alarmsystemen

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1 Verhaltenswirksamkeit von Likelihood Alarmsystemen Quelle: isa ( ) Vorsitzende: Prof. Ahrend Gutachter: Prof. Manzey, Prof. Wozny Wissenschaftliche Aussprache von Rebecca Wiczorek, M.Sc. 1

2 Agenda Alarmsysteme Likelihood Alarmsysteme (LAS) Quelle: in autralien ( ) Experiment 1 Vergleich eines LAS mit einem binären Alarmsystem Experiment Vergleich dreier LAS Fazit 2

3 Nutzungskontext Quelle: dot ( ) Quelle: ava-augsburg ( ) Quelle: geatech ( ) Quelle: foto-dock ( ) Quelle: oksb ( ) Quelle: siemens ( ) 3

4 Aufgabe von Alarmsystemen Überwachen Informieren Quelle: PCE Instruments ( ) Quelle: freepics ( ) Quelle: wikipedia ( ) Entlasten 4

5 Signaldetektionstheorie (SDT) (Swets, 1964) Detektionsgüte p Rauschen Correct Rejections Misses False Alarms Hits Signal Kein Alarm Schwellenwert Alarm Intensität 5

6 Signaldetektionstheorie (SDT) (Swets, 1964) Reaktion des Alarmsystems Kein Alarm Alarm Zustand des überwachten Systems Fehler Misses Hits Kein Fehler CRs FAs Detektionsgüte: Verändert sich durch Verschieben des Schwellenwerts Schwellenwert: c = 0,5 (z phii + z ppp ) Wird vom Operateur wahrgenommen (Wiegmann, 2002) Beeinflusst Operateursverhalten (Bliss et al., 1995; Getty et al., 1995) 6

7 Probleme mit binären Alarmsystemen Viele falsche Alarme (Swets, 1992) Niedrige PPV (vgl. SDT) Wahrgenommene Zuverlässigkeit sinkt (Wiegmann, 2002) Beeinträchtigung des Vertrauens (Madhavan et al., 2006) Einbußen in Sicherheit oder Produktivität (Lee & See, 2004) cry wolf phenomenon (Breznitz, 1983, Getty et al., 1995, Bliss et al. 1995) over-checking (Gérard & Manzey, 2010) 7

8 Likelihood Alarmsysteme Zusätzliche Schwelle Gutbereich Alarmbereich Warnbereich Intensität Schwelle Warn-PPV Alarm-PPV 8

9 LAS: Theorie und Forschungsstand Theorie: Verhaltensdifferenzierung gegenüber Alarmen vs. Warnungen Reduktion cry wolf Verbesserung der Sicherheit Bessere Aufmerksamkeits-Allokation zwischen parallelen Aufgaben Reduktion over-checking Verbesserung der Produktivität Forschungsstand: Leistungssteigerung Alarmaufgabe (Sorkin et al., 1988; Bustamante, 2008) Effekt verstärkt sich unter höherer Belastung (Sorkin et al., 1988; Bustamante, 2008) 9

10 LAS: offene Fragen Wie beeinflussen LAS das Verhalten von Operateuren? Verhaltensdifferenzierung gegenüber Alarmen und Warnungen? Werden weniger Alarme ignoriert? Werden weniger Alarme überprüft? Kann die Aufmerksamkeits-Allokation verbessert werden? Können auch Parallelaufgaben von LAS profitieren? 10

11 Experiment 1 Vergleich eines LAS mit einem binären Alarmsystem Mit und ohne Zugriff auf Rohdaten Gutbereich Alarmbereich PPV: 0.4 Warnbereich Alarm-PPV:

12 Versuchsumgebung: M-TOPS 12

13 Experiment 1: Methode Design: Ablauf: Instruktion Trainings Experimentalblock (15 min, 100 Trials) Versuchspersonen: Studenten N=60 (30 weiblich) Alter: (M=26.74) Abhängige Variablen: Verhalten Leistung Leistungsabhängige Vergütung: 1,5 Punkte pro richtiger Bestellaufgabe -2 Punkte pro falscher Entscheidung bei der Überwachungsaufgabe Vergütung in Abhängigkeit der Punktzahl 13

14 Experiment 1: Ergebnisse 100% Verhalten bei Alarmen und Warnungen 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Ignorieren Prüfen Bearbeiten 20% 10% 0% binär Alarme LAS LAS Alarme binär Alarme LAS LAS Alarme BAS Alarm LAS Warnung LAS Alarm BAS Alarm LAS Warnung LAS Alarm ohne Warnungen Prüfoption Warnungen mit Prüfoption ohne Prüfoption mit Prüfoption 14

15 Experiment 1: Ergebnisse Alarmsystem: F(1,56)= 0,27; n.s. Prüfoption: F(1,56)= 75,63; p<0, % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% binär Alarme BAS LAS BAS LAS ohne Prüfoption Verhalten bei Meldungen LAS Alarme + Warnungen binär Alarme mit Prüfoption LAS Alarme + Warnungen Ignorieren Prüfen Bearbeiten Interaktion: F(1,56)= 9,59; p<0.01 ohne Prüfoption mit Prüfoption 15

16 Experiment 1: Ergebnisse Leistung Alarmaufgabe 0 ohne Prüfoption mit Prüfoption mit Prüfoption -20 Alarmsystem: Minuspunkte binär BAS LAS LAS F(1,56)= 13.21; p< Prüfoption: -100 F(1,56)= ; p<0.01 Interaktion: F(1,56)= 12,34; p<

17 Experiment 1: Ergebnisse Alarmsystem: F(1,56)= 7,00; p<0,05 Prüfoption: F(1,56)=4,16; p<0,05 Interaktion: F(1,56)= 0,36; n.s Leistung Bestellaufgabe Punkte binär BAS LAS LAS 50 0 ohne ohne Prüfoption mit Prüfoption 17

18 Zusammenfassung Experiment 1 Probanden, die mit LAS arbeiten differenzieren ihr Verhalten Bessere Leistung Alarmaufgabe Verlagerung cry wolf Bessere Leistung Parallelaufgabe Reduzierung over-checking LAS am effektivsten in Kombination mit Prüfmöglichkeit 18

19 Offene Fragen Welchen Einfluss hat die Schwellensetzung? Ist die PPV verhaltensleitend? Kommt es zu Unterschieden im Verhalten? In der Leistung? Bezüglich der Art der Fehler? Fälschliches Bearbeiten Übersehen kritischer Ereignisse 19

20 Experiment Vergleich dreier LAS mit unterschiedlicher Schwellensetzung Bei verschieden hoher Belastung ohne Prüfoption (2) mit Prüfoption (3) Alarm-PPV: 0.6 Alarm-PPV: 0.8 Alarm-PPV:

21 Ergebnisse Experiment 2 ohne Prüfoption Verhalten Je niedriger PPV, desto mehr bearbeitet, reduziertes Bearbeiten bei hoher Belastung Leistung Steigerung Alarmleistung bei hoher Belastung Einbußen Parallelleistung bei hoher Belastung Fehlerarten Reduzierung fälschlicher Bearbeitung bei hoher Belastung Je höher PPV desto häufiger Übersehen kritischer Ereignisse, Effekt verstärkt unter hoher Belastung 100% 0% Verhalten gegenüber Meldungen niedrige Belastung hohe Belastung Übersehen kritischer Ereignisse niedrig Belastung hoch 0.6-LAS 0.8-LAS 0.9-LAS Ignorieren Bearbeiten 21

22 Ergebnisse Experiment 3 mit Prüfoption Verhalten Je niedriger PPV, desto mehr bearbeitet Je höher PPV, desto mehr ignoriert, vermehrtes Ignorieren bei hoher Belastung Leistung 20 Einbußen Alarmleistung bei 15 hoher Belastung 10 Einbußen Parallelleistung bei 5 hoher Belastung 0 niedrig Fehlerarten Je niedriger PPV, desto häufiger fälschliches Bearbeiten Je höher PPV, desto häufiger Übersehen kritischer Ereignisse, Effekt verstärkt unter hoher Belastung 100% 0% Verhalten gegenüber Meldungen niedrige Belastung Fälschliches Bearbeiten hoch Arbeitsbelastung LAS 0.8-LAS 0.9-LAS niedrig hohe Belastung Belastung hoch Ignorieren Prüfen Bearbeiten Übersehen kritischer Ereignisse 0.6-LAS 0.8-LAS 0.9-LAS 22

23 Zusammenfassung Experiment Schwellensetzung des LAS hat Einfluss auf Verhalten und Fehlerarten von Probanden Niedrige Alarm-PPV Reduzierung des Übersehens kritischer Ereignisse Hohe Alarm-PPV Reduzierung fälschlicher Korrektureingriffe (mit Prüfoption) Angemessene Schwellensetzung in Abhängigkeit des akzeptableren Fehlertyps 23

24 Fazit: Likelihood Alarmsysteme Unterstützen Entscheidungen Steigerung der Sicherheit Steigerung der Produktivität Schwellensetzung in Abhängigkeit des Kontexts Zusatzinformation Branche LAS sind eine sinnvolle Alternative zu binären Alarmsystemen 24

25 Literatur Bliss, J. P., Gilson, R. D., & Deaton, J. E. (1995). Human probability matching behaviour in response to alarms of varying reliability. Ergonomics, 38(11), Breznitz, S. (1984). Cry wolf: the psychology of false alarms. Hillsdale N.J.: Lawrence Erlbaum Associates. Bustamante, E. A. (2008). Implementing likelihood alarm technology in integrated aviation displays for enhancing decision-making: A two-stage signal detection modeling approach. International Journal of Applied Aviation Studies, 8(2), Gérard, N., & Manzey, D. (2010). Are false alarms not as bad as supposed after all? A study investigating operators responses to imperfect alarms. In D. de Waard, A. Axelsson, M. Berglund, B. Peters, & C. Weikert (Hrsg.), Human factors. A system view of human, technology and organisation (S ). Maastricht: Shaker. Lee, J. D., & See, K. A. (2004). Trust in automation: Designing for appropriate reliance. Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society, 46(1), Madhavan, P., Wiegmann, D. A., & Lacson, F. C. (2006). Automation failures on tasks easily performed by operators undermine trust in automated aids. Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society, 48(2), Sorkin, R. D., Kantowitz, B. H., & Kantowitz, S. C. (1988). Likelihood alarm displays. Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society, 30(4), Swets, J. A. (1964). Signal detection and recognition by human observers. New York: Wiley. Wiegmann, D. A. (2002). Agreeing with automated diagnostic aids: A study of users concurrence strategies. Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society, 44(1),

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