Abstract in Deutsch:

In dieser Arbeit wird ein neuartiger Ansatz zur Modellbildung, Simulation und Realisierung von Kognitiven Technischen Systemen präsentiert. Gegenüber bestehenden Ansätzen setzt sich diese Arbeit insbesondere dadurch ab, dass die Struktur und Dynamik der realen Welt zuerst über eine methodische Zwischenebene formal beschrieben und erst danach technisch implementiert wird. Zudem wird menschliche Kognition ganzheitlich untersucht und direkt mit Hilfe von Experimenten mit einem mobilen Roboter, als Beispiel für ein komplexes technisches System, erprobt und entwickelt. Die formale Beschreibung von menschlicher Interaktion und Kognition erfolgt über Situations-Operator-Modellbildung (SOM), welche über spezielle Muster höherer Petrinetze technisch implementiert werden kann. Durch den Zustandsraum eines SOM-basierten Petrinetzes ist es möglich, Mensch-Maschine-Interaktion zu analysieren, um beispielsweise menschliche Fehler automatisiert zu erfassen. Zudem können verschiedene kognitive Funktionen, wie Planen, Handeln, Wahrnehmung und Lernen simuliert werden. Die verschiedenen kognitiven Funktionen und entsprechenden Repräsentationen, welche auf der gleichen methodischen Grundlage basieren, werden in einer kognitiven Architektur zusammengeführt. Erst das Zusammenspiel verschiedener Funktionen und ein neuartiger Ansatz zur Wissensstrukturierung, wodurch insbesondere die Komplexität der realen Welt reduziert wird, ermöglicht die Realisierung menschenähnlichen Verhaltens für technische Systeme. Durch Experimente mit einem mobilen Roboter, der in einer dynamischen Büroumgebung interagiert, kann gezeigt werden, dass das vorgestellte System ohne anwendungsspezifisches Vorwissen in der Lage ist, zielführendes Verhalten aus der Interaktion mit der Umgebung zu erhalten und zu verbessern. Ein Mehrwert aus dieser Arbeit für weiterführende Forschungsarbeiten ergibt sich insbesondere durch den vorgestellten generischen Ansatz zur Modellbildung, Simulation und Analyse von Mensch-Maschine-Interaktion. Zudem können die formale Beschreibung und die Implementierung der kognitiven Funktionen, der entwickelten Wissensstrukturierung und der darauf aufbauenden kognitiven Architektur auf beliebige technische Systeme übertragen werden.