ISBN 978-3-8439-2683-6

978-3-8439-2683-6, Reihe Luftfahrt

Marcus Wohler
Kognitive Automation zur funktionalen Redundanz in sicherheitskritischen Flugführungssystemen

250 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2016), Softcover, A4

Zusammenfassung / Abstract

In Überlegungen zu künftigen Luftverkehrsszenarien spielen die Luftraumintegration von ferngeführten Luftfahrzeugen, sogenannten Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS), und sogenannte Single Pilot Operations (SPO) bzw. Reduced Crew Operations (RCO) eine maßgebliche Rolle. In beiden Feldern treten dabei ähnlich gelagerte Fragestellungen auf. Das bislang in der bemannten Luftfahrt eingesetzte Redundanzkonzept für kognitive Fähigkeiten im Cockpit ist das Vier-Augen-Prinzip. Ein „kognitives Back-Up“ im Sinne funktionaler Redundanz ist bei nur einem verbleibenden Piloten jedoch nicht mehr vorhanden, und bei RPAS sind per Definition gar keine kognitiven Fähigkeiten an Bord des Luftfahrzeuges in Gestalt eines menschlichen Piloten vorgesehen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist zu untersuchen, wie funktionale Redundanz in sicherheitskritischen Flugführungssystemen gestaltet sein muss, um die Robustheit künftiger Flugführungssysteme zu steigern. Am praktischen Beispiel der Flugführung von RPAS wird dazu ein Assistenzsystem nach dem Ansatz der kognitiven Automation entworfen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der systemtechnischen Integration von wissensbasierter Informationsverarbeitung an Bord des Luftfahrzeuges.

Die Implementierung eines Funktionsprototyps erfolgt auf Grundlage der kognitiven Systemarchitektur COSA² und der Modellierungssprache CML. Dabei ist ersteres das applikationsunabhängige Framework zur Wissensverarbeitung, und letzteres dient der deklarativen Formulierung der Wissensbasis. Um den spezifischen Anforderungen an „gute Assistenz“ gerecht zu werden, wurde COSA² um die kognitive Fähigkeit zur Interaktion und Kommunikation mit dem Menschen erweitert. Damit ist es möglich einen definierten Verhaltenskodex einzuhalten.

Zur ingenieurmäßigen Erprobung wurden Realflugexperimente sowie Mensch-Maschine Experimente in einer Simulationsumgebung anhand von Anwendungsfällen durchgeführt. Es konnte demonstriert werden, dass der Funktionsprototyp funktional als Reservesystem agieren kann, und darüber hinaus in enger Kooperation mit dem Menschen zusammen zur Erreichung eines gemeinsamen Zieles arbeitet.

Die Arbeit schließt mit einer Konzeptuntersuchung zur Fragestellung, welche Anforderungen an die Zulassung eines Assistenzsystems mit menschenähnlichen kognitiven Fähigkeiten zu stellen sind.