Die besten Funktionen einer neuen Maschine nutzen nur wenig, wenn die Bediener sie nicht voll nutzen können. Grund dafür sind oftmals nicht die neuen Funktionsangebote an sich, sondern zu komplizierte Bedienschnittstellen. Hier Abhilfe zu schaffen, ist im Sondermaschinenbau aber alles andere als trivial: Best-Practice-Lösungen gibt es bei Einzelanfertigungen oder Kleinstserien kaum. Und Live-Tests mit den Mitarbeitern des Kunden sind aufwändig und teuer. Dank maschineller Usability-Analysen können Maschinenentwickler künftig benutzerfreundliche Bedienkonzepte zielgerichtet planen und umsetzen.

Die gewünschte Grundfunktion am Maschinendisplay auswählen. Mit ein paar Fingertipps auf den Bildschirm die auftragsspezifischen Parameter einstellen. Nun noch den Start-Button drücken. Fertig. So schnell, Schritt für Schritt logisch und fehlerfrei sollten Fertigungsmitarbeiter ihre Maschinen bedienen können. Dieses Idealziel zu erreichen, ist in der Entwicklung von Bedienschnittstellen allerdings oftmals deutlich leichter gesagt als getan. Das gilt vor allem im Bereich des Sondermaschinenbaus. Denn hier werden Anlagenlösungen häufig nur in sehr kleinen Stückzahlen oder sogar als kundenspezifische Spezialanfertigung geplant und umgesetzt. Ebenso einzigartig ist auch der Umfang und die Zusammenstellung der Einstellungsmöglichkeiten in den Menüs des Bediendisplays. Die Gestaltung der Schnittstelle zwischen Mensch und Technik ist für den Betreiber der Anlage wie für seine Mitarbeiter aber von zentraler Relevanz. »Wenn die Bedienungsabläufe die Arbeitsprozesse vor Ort nicht optimal unterstützen, kann dies erhebliche Nachteile haben: Effizienzvorteile können nicht ausgeschöpft werden. Es kommt zu falsch gesetzten oder fehlenden Parametern. Werkstücke werden beschädigt. Unter Umständen sind sogar Arbeitsunfälle möglich«, sagt Dr. Insa Wolf vom Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg.

Bisher können die Interaktionsszenarien zwischen den späteren Maschinenbedienern und der Technik bei der Maschinenentwicklung allerdings nur sehr begrenzt berücksichtigt werden. Ein gewichtiger Grund dafür: Die spezifischen Bedienanforderungen lassen sich nur mittels Befragung und Beobachtung der späteren Nutzer erfassen. Dieses Vorgehen aber ist sehr aufwändig. Zudem erfordert es einen hohen Einsatz personeller Ressourcen und Testanlagen auch direkt beim Kunden des Maschinenherstellers. Schwächen des letztendlich umgesetzten Bedienkonzepts zeigen sich deshalb häufig erst bei der Inbetriebnahme. Für umfangreichere Anpassungen ist es dann oft schlicht zu spät.

Automatisierte Usability-Analysen schaffen Klarheit

Forscher vom Fraunhofer IDMT in Oldenburg entwickeln nun im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt »SiBed« gemeinsam mit den Spezialisten für User Experience der Ergosign GmbH sowie weiteren Industriepartnern ein Verfahren zur automatisierten Analyse der Usability von Bedienschnittstellen. Ihr Ziel ist es, die Entwicklung von User Interfaces (UI) mit Hilfe spezieller Softwaretools hinsichtlich der Usability wesentlich zu verbessern. Den Ausgangspunkt dabei bildet dabei das Tool »Observer«, mit dem Usability-Berater wie auch die Entwickler bei den Maschinenherstellern sehr schnell und einfach Interaktionen zwischen Mensch und Maschine erfassen können:  Das Tool zeichnet jede Mausbewegung, jeden Tastendruck und jeden Touch auf dem Screen von Windows-basierten Steuerungsprogrammen einer Produktionsanlage auf. Zusätzlich dokumentiert das Tool bei jeder Aktion mit einem Screenshot die aktuelle Bildschirmansicht. »Diese automatisierte Beobachtung liefert die Bedienabläufe erstmals gekoppelt an Interaktionsereignisse in elektronischer Form. So können wir mit weiteren Tools sowohl Interaktionsarten und Interaktionsabfolgen analysieren als auch den Ist-Zustand einer gegebenen grafischen Bedienoberfläche bewerten«, sagt Frau Wolf.

Weiterführende Analysen übernimmt unter anderem das ebenfalls am Fraunhofer IDMT entwickelte Softwaretool »GUI Analyser«: Spezielle Bildverarbeitungsalgorithmen und Methoden des Maschinellen Lernens verknüpfen die Forscher dabei zu einem leistungsfähigen Analysewerkzeug. Die automatisierte Auswertung der Screenshots erfasst beispielsweise die Struktur der Bedienelemente wie Anordnung, Anzahl, Schriftgröße oder Kontrast. Aus den Daten der Aufzeichnung der Bedienabläufe bestimmt der Analyser zudem häufige Interaktionsmuster sowie auffällige Bedienmuster. Die Kombination der Verfahren ermöglicht dem System eine automatisierte Lernkurve bezüglich der Vor- und Nachteile auch von verschiedenen Designlösungen bei der Anwendung für die unterschiedlichen Bedienabläufe. Mit einem Scoring-System wollen die Forscher schließlich erreichen, dass ihre Softwarelösungen die Usability der Bedienschnittstellen nachvollziehbar bewerten können. Systementwickler können damit dann sehr schnell auch eine größere Anzahl an Designvarianten auf ihre Benutzerfreundlichkeit hin untersuchen und vergleichen.

UI-Entwicklung auf Faktenbasis

Automatisierte Usability-Analysen sollen künftig nicht nur auf Basis von aufgezeichneten Versuchsverläufen möglich sein, sondern auch schon vor Fertigstellung der konkret geplanten Bedienoberfläche für Nutzertests – ohne menschlichen Nutzer sondern mit Hilfe eines virtuellen Menschmodells. Der Projektpartner Ergosign arbeitet dafür an einem Simulationsmodell, das auf wissenschaftlichen Erkenntnissen zu kognitiven Strukturen und Prozessen des menschlichen Handels basiert. Solche kognitiven Modelle sind beispielsweise auch ein wichtiges Kriterium bei der Bewertung der Ergonomie von Mensch-System-Interaktionen nach ISO 9241-210. Die Kombination dieses »virtuellen Bedieners« mit den Analysesystemen des Fraunhofer IDMT ermöglicht dann unter anderem eine Vorhersage der Interaktionszeiten einer Maschinenbedienung und damit auch einer Qualitätsbewertung von UI-Entwürfen bereits während der Designphase. (stw)

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Dr. Insa Wolf
  • Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT
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