Mensch Maschine Schnittstelle – Kommunikation und Anforderungen

Der Begriff Mensch-Maschine-Schnittstelle steht für Benutzerschnittstelle oder Human Machine Interface (HMI). All diese Begriffe bezeichnen einen Aspekt: Und zwar den Umstand, dass der Bediener einer Maschine die Möglichkeit hat, über das Beobachten der einzelnen Zustände hinaus ein direktes Eingreifen in den Prozess vorzunehmen. Das funktioniert in beide Richtungen. Der Bediener (Mensch) kann an der Schnittstelle Informationen für die Maschine eingeben und auch Informationen von der Maschine erhalten.

Die Bereitstellung der dafür benötigten Informationen erfolgt über verschiedene Gerätschaften. Unter anderem Signallampen, Tasten, Anzeigenfelder, Visualisierungssysteme und Software. Das gilt für jede Art von Maschinen, aber heutzutage dreht es sich fast ausschließlich um die Mensch-Computer-Interaktion. Denn die überwiegende Mehrheit der Arbeitsbeziehungen Mensch-Maschine läuft über ein User Interface oder eine grafische Benutzeroberfläche.

Maschinen sind überall – Entwicklung der Benutzerschnittstelle

In unserer heutigen Zeit leben wir mit der Maschine im Einklang. Es war vor 150 Jahren noch nicht vorstellbar, dass Maschinen eine Schnittstelle mit uns bilden und unsere Arbeit übernehmen. Inzwischen übernehmen sie nicht nur unsere Arbeit, sondern haben auch in unserem privaten Umfeld ihren Platz gefunden.

Oftmals merken wir gar nicht, welche Arbeiten wir an technische Geräte übergeben, weil sie für uns selbstverständlich sind. Nehmen wir zum Beispiel die Brotschneidemaschine im Supermarkt. Die Maschine ist so aufgebaut und gestaltet, dass sie für uns leicht zu bedienen ist. Deckel auf, Brot einlegen, Deckel zu, Knopf für die richtige Scheibendicke drücken, fertig. den Rest erledigt die Maschine automatisch. Nur noch das Brot am Ende entnehmen. Auch wenn es nur die einfache Brotschneidemaschine ist, so ist das eine Maschine, die für uns arbeitet und bei der es eine Benutzerschnittstelle gibt. Gleiches gilt für den Fernseher, den Computer, das Auto, die Smart Watch, das Smartphone und viele andere technische Geräte, die auf unterschiedlichste Art und Weise programmierbar sind und die für die Interaktion oder Steuerung eine Mensch-Maschine-Schnittstelle beziehungsweise eine Benutzerschnittstelle besitzen.
Das können die Knöpfe auf einer Fernbedienung sein, der Schalthebel und das Lenkrad im Auto oder virtuelle Tasten auf einem Display.

Im Arbeitsalltag lassen sich ebenfalls viele unterschiedliche Benutzerschnittstellen und somit auch Mensch-Maschine-Schnittstellen oder Human Machine Interface finden. Computergesteuerte Maschinen erleichtern den Arbeitsalltag, übernehmen monotone sowie komplexe und sich stets wiederholende Arbeiten in gleichbleibender Qualität. Gesteuert werden sie meist zentral an einer Maschine über feste Touchscreens, dezentral auch über Tablets. Natürlich werden Maschinen über die Einrichtung und Wartung auch über Hebel und Stellschrauben bedient. Optische Rückmeldungen erhalten wir von den Maschinen über Leuchten und Maschinenampeln, die den Status anzeigen, ob zum Beispiel Material nachgelegt werden muss oder eine Störung vorhanden ist. Auch ein akustisches Warnsignal gibt uns Rückmeldung zum Status der Maschine. Bei neuen Kommunikationswegen mittels Datenbrillen können Befehle direkt eingesprochen werden oder Oberflächen mittels Gesten bedient werden, um einen gewünschten Prozess anzustoßen oder Änderungen vorzunehmen. Die Digitalisierung und Künstliche Intelligenz sind dafür unumgänglich.

Vor 30 Jahren war es noch nicht möglich, mit einem Touchscreen Industrie-PCs zu steuern. Die Entwicklung war nicht ansatzweise auf diesem Level, sodass die Anforderungen deutlich bescheidener und weit weg von smart waren. Eine einfache Benutzeroberfläche mit einem Display, Maus und Tastatur musste reichen, um Mensch und Maschine miteinander zu verbinden.

Erst mit Voranschreiten des Ausbaus des Internets und der Digitalisierung ist eine Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine entstanden, die sich in Zukunft stark entwickeln wird. Wir sind erst am Anfang von Human Machine Interface Manufacturing und werden noch viele Neuerungen entdecken können, die unser Leben und die Arbeit maßgeblich beeinflussen.

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Die Zukunft der Mensch-Maschinen-Interaktion

Ein gutes Beispiel für die rasante Weiterentwicklung im Bereich HMI sind Smart glasses, auch als Datenbrillen bezeichnet, sind wearable computers. Die meisten von uns kennen diese Brillen für das Online Gaming. Man hat das Gefühl, direkt ins Spiel einzutauchen und das Geschehen intensiv zu beeinflussen.

Smart glasses sind aber auch im Bereich der Produktion, der Wissenschaft und der Technik inzwischen zu einem wichtigen Bestandteil geworden. Sie erlauben es, Projektionen darzustellen, die dann virtuell per Hand oder Finger verschoben und zusammengestellt werden können. Außerdem lassen sich mithilfe der Datenbrille Daten direkt vor das Auge legen, sodass ein umständliches Suchen oder ein Abwenden des Blickes vom betrachteten Objekt entfällt. Entscheidend dafür ist das passende Umgebungssystem. Sensortechnik, schnelles Internet und Zugriff auf große Datenmengen sind dafür besonders wichtig.

Verfügen Datenbrillen auch über Mikro und Lautsprecher, so ist auch die Kommunikation über Audio und Sprache möglich mit der Datenbrille und zum Steuern des Interfaces. Neben der technischen Komponente ist das Design des Interfaces entscheidend. Designer überlegen wie das Interface aufgebaut sein soll und wie es am besten aussieht für die jeweilige Anwendung. Die Designer analysieren die user experience (UX), also die Nutzererfahrung in der Interaktion mit der Maschine. (interaction). Die Ergebnisse sind entscheidend für den Aufbau von Apps, aber auch der Datenbrille selbst. Dabei werden Fragen beantwortet, die in die Gestaltung der Datenbrille und das User Interface (UI) einfließen.
Wie groß darf  der zusehende Inhalt sein oder welche Darstellungsform ist die richtige, damit Sie nicht von der Umgebung ablenkt? Oder an welcher Position wird das Interface für die Augen am besten wahrgenommen ohne ein Schwindelgefühl auszulösen oder die Augen zu ermüden?

Die Datenbrille könnte jedoch auch nur ein Baustein auf dem Weg zu einer weiteren Mensch-Maschine-Schnittstelle sein.

Denn beim Human Machine Interface geht es darum, auch diese Innovation immer weiterzuentwickeln. Vielleicht wird die Datenbrille in Zukunft gar nicht mehr benötigt und das ganze Projekt wird einfach virtuell dargestellt, ganz ohne physischer Hardware wie Brille, Display oder Bildschirm. Das Bearbeiten erfolgt per Fingerzeig und die künstliche Intelligenz ermöglicht eine Anwendung, die mitten im Raum stattfinden kann. Die Schnittstelle, in dem Fall die Hardware zwischen dem System und dem Menschen, ist dann überhaupt nicht mehr zu sehen. Die Darstellung im Raum entspricht dem eines Hologramm.
Vorbild sind dafür oft Science Fiction Filme. In der Serie „the expanse“ ist es möglich angezeigte Inhalte von einem Display mit nur einem Fingerwisch freischwebend in den Raum zu projizieren. Die Hardware dafür wird nicht verschwinden, sie wird nur für uns scheinbar unsichtbar. Kameras, Sensoren und Projektoren werden weiterhin nötig sein, aber in noch größerer Vielzahl.

Inzwischen gibt es auch in dieser Richtung Weiterentwicklungen, die nicht nur für Industrie und Wirtschaft interessant sind, sondern auch für den häuslichen Gebrauch. In erster Linie wird HMI aber immer für die Wirtschaft interessant sein. Unternehmen benötigen diese Art der Kommunikation, um vielschichtig arbeiten zu können. Um Mitarbeiter gezielter einsetzen zu können, Maschinen besser auf ihre Arbeitsabläufe vorzubereiten und diese auch leichter bedienen lassen zu können. Wir dürfen daher gespannt bleiben, wie sich diese Entwicklung in den nächsten Jahren präsentieren wird, ob effizient weiterentwickelt wird und wie sich die neue Technologie auf Unternehmen auswirkt.

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Mensch-Maschine-Schnittstelle – Leitfaden für Design

Was ist nun entscheidend für die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine?

Egal ob das Graphical User Interface auf einem Display, in einer Brille oder als Hologramm dargestellt wird, es sollte einfach und frustfrei zu bedienen sein.

  1. Wie auch im Industriedesign erfolgt zuerst eine Analyse von Handlungen, Gewohnheiten und Verhalten im Arbeitsumfeld einer Maschine. Denn der Mensch, der die Maschine oder das System nutzen soll, muss die Mensch-Maschine-Schnittstelle auch verstehen. Besonders in der Produktion oder bei komplexen Prozessen benötigen Menschen vor allem ein ergonomisch leicht verständliches Interface Design, das nicht nur ansprechend aussieht.
  2. Aus der Analyse leiten Designer Handlungsbäume und Menüstrukturen ab in enger Zusammenarbeit mit dem Maschinen Ingenieuren.
  3. Das grobe Bedienkonzept auf Basis der vorliegenden Anforderungen wird im Designentwurf durch Grafiken visualisiert. Dazu gehören zum Beispiel ein Styleguide für die Seiten, die Darstellung von Knöpfen, Reglern und Tasten, sowie die Anordnung von Text und Bildern im Layout.
  4. Der Designentwurf wird als Clickdummy dem Test durch User unterzogen und im Detail verbessert und verfeinert.
  5. Das fertige Interface Design muss dann noch programmiert werden, damit die Maschine auch die tatsächlich die richtigen Befehle erhält.

Was gilt, ist also Schulungszeiten an Maschinen zu verkürzen. Dafür ist es nötig ein Design im Bereich HMI zu entwickeln, dass leicht verständlich ist und intuitiv bedient werden kann. Dazu gehört auch eine gute Hardware, die als Basis und in Kombination mit der Software den Weg zur Industrie 4.0 ebnet. Human Machine bedeutet, dass Menschen die Maschinen bedienen müssen. Die bereitgestellte Information muss klar und verständlich sein, damit sie von der Maschine in qualitativ hochwertige Arbeit umgesetzt werden kann.

Wir bei Simoleit Design übernehmen für Sie mit unseren Partnern den gesamten Prozess von der Gestaltung bis zur Programmierung des Machine Interfaces für Ihre Anlagen. Sprechen Sie uns einfach an.

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