Markus Schmid

HMI with Adaptive Control Elements

Control elements with an adaptively variable gestalt (construction, form and surface) can relieve the user when operating complex information systems. The research project by the Institute for Engineering Design and Industrial Design (IKTD), Research and Teaching Department Industrial Design Engineering at the University of Stuttgart (Germany) presented here is mainly focused on the operation of information systems by means of the blind use of control elements located in the tertiary field of vision in the vehicle cockpit.

Ergonomie versus Ästhetik? Die funktionale und formale Integration im Fahrzeugcockpit

ZusammenfassungDie Vielfalt der einzelnen Fahrzeugcockpits, die aufgrund der herstellerspezifischen Bedienphilosophie und formalästhetischer Gestaltelemente hervorgerufen wird, verursacht eine Komplexität, die in einer inkonsistenten Bedienung resultiert. Die wissenschaftliche Konsequenz daraus ist ein optimales Fahrzeugcockpit, das auf dem derzeit aktuellen ergonomi-schen Wissen basiert. Dieses auf der idealen Ergonomie aufgebaute Basiscockpit wird mit den herstellerspezifischen Elementen zu der jeweiligen Markenidentität vervollständigt. Ein visueller Erkennungstest der genannten Fahrzeugcockpits zeigt, dass die Unterscheidung der Marke trotz eines einheitlichen Basiscockpits möglich ist und eine wesentliche Erleichterung der Bedienung erreicht werden kann.RésuméLa variété de différents habitacles de véhicule, provoquée sur base d’une philosophie de contrôle spécifique des producteurs et d’éléments d’esthétique de design formel, cause une complexité qui résulte de commandes inconsistantes. La conséquence scientifique se base sur un habitacle de véhicule de base optimal, résultant des connaissances actuelles en ergonomie. Cet habitacle de base construit selon une ergonomie idéale est parachevé par des éléments spécifiques aux constructeurs automobiles correspondant à l’identité des marques respectives. Un test de reconnaissance visuelle d’habitacles cité montre que la distinction de marque est possible malgré une uniformité de l’habitacle de base et donc une facilitation essentielle des commandes pourrait être atteinte.Abstract30,000 years ago the aesthetic sense was developed in the human brain and the purely functional design of products was finished. 125 years ago during the initial development of the automobile, the functional design of the vehicle cockpit was supplemented by formal elements.

Adaptive Control Elements to Improve the HMI of an Agricultural Tractor

Agricultural tractors are used for a multitude of work scenarios with appropriate implements. This leads to a large number of changing operating scenarios. However, the human-machine-interface (HMI) is mainly static and consequently a compromise solution for all possible operating scenarios. Therefore, it is often challenging drivers to understand the operating logic, the operating procedures, and the assignment of control elements (CE) to functions. This reduces efficiency and can lead to operating errors. An approach to avoid the previously mentioned ambiguities is an HMI comprising adaptive control elements that adapt to the operating scenario. This paper shows the automated and objective analysis of the operation of a state of the art tractor in 14 scenarios. Based on this, it is shown how the concept for an adaptive HMI can be derived from the analysis results.

How to Develop a HMI for an Agricultural Tractor Focusing on the Handling of Various Implements

Mobile machines are used in a variety of work scenarios. One of these machines is the tractor in agricultural use. The agricultural tractor operates with a huge number of different implements. These need to be controlled with just one static human machine interface. Consequently, there is a grand difficulty to get all the different scenarios arranged with one compromise interface system solution which is in charge of the possibility that every implement can be operated with. Thus the need of an adaptive human machine interface (HMI) is the initial situation of this research project, called aISA – adaptive Interface Systems in Agricultural tractors. Based on field measurements with an agricultural tractor, surveys and theoretical analysis a method was generated which enables the development of adaptive interface systems. By the example of the HMI of an agricultural tractor the method will be validated. This paper deals with the analysis and the development of the method which leads to first concepts of an adaptive HMI.

Makroergonomie in der Planungs- und Konzeptphase

Mit Kap. 3 beginnt die Methode des Technischen Interface Designs, die auf der Basis eines Strukturbildes visualisiert wurde. Die Makroergonomie in Kap. 3 beschaftigt sich in der Planungs- und Konzeptphase mit den demografischen und psychografischen Merkmalen des Nutzers und dem Prozess der Bedienung durch ergonomische Grundlagen der Korpergrose, Seh- und Greifraume. Grundlage fur die Makroergonomie sind die fur die Analyse notwendigen Bedienszenarien. Der Mensch befindet sich in einer Umgebung, die durch ein raumliches Ergonomie- und Hohenraster eingeteilt wird. Das Interesse in der Makroergonomie liegt im Aufbau von Interfacesystemen bzw. -metasystemen. Am Ende des Kap. 3 wird auf der Basis von Anforderungen und deren Gewichtung ein erster Usability-Faktor bezuglich der Makroergonomie ermittelt und aus den Aufbauvarianten fur das weitere Vorgehen der notwendige Aufbau evaluiert, die sogenannte Basisgestalt.

Grundlagen und Definitionen

In Kap. 2 werden die Grundlagen und Definitionen vorgestellt. Dabei muss die Interfacegestalt eines Konsum- oder Investitionsgutes immer im Kontext einer Produktgestalt, eines Produktprogramms oder eines Produktsystems interpretiert werden. Da es sich beim Technischen Interface Design um eine hauptsachlich nutzerzentrierte Vorgehensweise handelt, wird nur kurz auf die formal asthetische Betrachtung eingegangen. Der hybride Designprozess setzt sich aus analogen und digitalen Bausteinen zusammen und resultiert in vielen Fallen in einen Interface- und Maschinenstyleguide. Auf der Basis eines Informationsmodelles wird der bidirektionale Informationsablauf zwischen Sender und Empfanger als wichtige Grundlage des Interfacedesigns vermittelt. Das Basisschema der Mensch-Maschine-Kommunikation baut auf diesem Informationsablauf auf und teilt sich in die Bereiche der Wahrnehmung, der Erkennung bzw. Kognition und des Verhaltens auf. Aus diesen Bereichen werden im weiteren Verlauf die wichtigen Bewertungsanforderungen gewonnen. Fur eine vergleichende Bewertung der Interfacegestalten werden die Elemente abstrahiert und die ideale Interfacegestalt beschrieben.

Beispiele aus der Praxis (Best Practice)

Im letzten Kap. 7 wird anhand von Beispielen aus der Praxis der unterschiedliche Einsatz der Methode zur Interfacegestaltung aufgezeigt. Hier wird verdeutlicht, dass die Methode der nutzergerechten Produktentwicklung bei Produkten unterschiedlicher Kategorien angewandt werden kann und zu erfolgreichen Produkten mit hoher Usability fuhrt. Das Buch schliest mit einem Blick in die Zukunft der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Der fur das Technische Interface Design interessante Ubergangsbereich zwischen der begrenzten realen und unbegrenzten virtuellen Welt wird mit dem neuen Akronym „USADAEPTY“ beschrieben. Die Symbiose aus Adaptivitat und Asthetik auf der Basis der klassischen Usability soll eine holistische Betrachtungsweise bei zukunftigen Interfacegestalten ermoglichen.

Mikroergonomie in der Konzept- und Entwurfsphase

Die Mikroergonomie in der Konzept- und Entwurfsphase folgt in Kap. 4. Zu Beginn des Kapitels wird die im Technischen Interface Design grundlegende Gebrauchsanalyse vorgestellt. Darin werden die einzelnen Bedienschritte des jeweiligen Bedienszenarios analysiert und in einem Starken-/Schwachenprofil in Anforderungen umgewandelt. Im Detail wird die Konzeption und Anordnung der Interfaceelemente Anzeiger und Stellteile beschrieben und mit den Gestaltprinzipien der Wahrnehmungspsychologie abgeschlossen. Um dem intensiven Einsatz der Touchtechnologie gerecht zu werden, werden Anforderungen einer benutzergerechten Touchscreen Gestaltung beschrieben. Zur Bewertung der Dreiecksbeziehungen zwischen Anzeiger, Stellteil und Wirkteil werden Anforderungen bezuglich der Kompatibilitaten vorgestellt. Mit dem Werkzeug eines morphologischen Kastens werden neue Kombinationen von Interfacegestalten gewonnen und die Beziehungen zwischen funktionalen und formalen Anforderungen einer Interfacegestalt aufgezeigt. Am Ende der Mikroergonomie Teil 1 wird auf der Basis der Anforderungen und deren Gewichtung ein Usability-Faktor bezuglich der Anordnung und Form von Interfacemodul und -element ermittelt und mit oder ohne Gewichtungsfaktor bewertet. Damit steht am Ende des Kap. 4 der Aufbau des Interfacesystems bzw. -metasystems mit den angeordneten und geformten Interfacemodulen und -elementen fest. Mit diesem nutzergerechten Funktionsprototyp konnen jetzt probandengefuhrte Usability-Tests durchgefuhrt werden, die je nach Aufwand zu objektiven Erkenntnissen fuhren konnen. Anschliesend konnen diese fundierten Erkenntnisse dann entweder bei noch aktuellen oder bei zukunftigen Interfacegestalten als wichtige Anforderungen in den Gestaltungsprozess integriert werden.

Mikroergonomie in der Ausarbeitungsphase

Die Ausarbeitungsphase der Mikroergonomie wird in Kap. 5 beschrieben. Darin wird auf die funktionale bzw. formale Qualitat und Ordnung der Farbgebung eingegangen und mit dem Oberflachendesign und der Produktgrafik von Stellteilen und Anzeigern vervollstandigt. Am Ende dieses Kapitels wird ein Usability-Faktor fur den zweiten Teil der Mikroergonomie ermittelt. Die aus der Gebrauchsanalyse in Kap. 4 gewonnenen Anforderungen werden auf die Varianten der Farb-, Oberflachen- und Grafikgestalten der Interfacemodule und -elemente angewandt. Am Ende steht ein komplett aufgebautes Interface- bzw. Interfacemetasystem mit angeordneten und geformten Interfacemodulen und -elementen, die bezuglich ihrer Farbe, Oberflache und Grafik ausgearbeitet sind. Abschliesend wird eine gesamtheitliche Betrachtung der drei Usability-Faktoren der Makro- und Mikroergonomie am Leitbeispiel Panel Cutter an einem ausgewahlten Stellteil und Anzeiger aufgezeigt. Mit dem Kap. 5 endet der methodische Teil des Buches.

Workflowanalyse als Querschnittsfunktion

Das Kap. 6 weist auf einen neuen Ansatz zur Darstellung der Mensch-Maschine-Schnittstelle hin. Mit der sogenannten Workflowanalyse soll zukunftig die vorgestellte Makro- und Mikroergonomie in ein gesamtheitliches System uberfuhrt werden. Die Workflowanalayse ist ein einzigartiges Visualisierungstool zur objektiven Darstellung und Bewertung des Bedienablaufes zwischen Mensch und Maschine. Mit dem neuen Begriff der Bediensignatur wird auf die grose Bedeutung der Visualisierung von Bedienablaufen hingewiesen. Abschliesend kann im Workflowdiagramm eine horizontale als auch vertikale Usability-Bewertung durchgefuhrt werden.