OEM & Lieferant sprach mit Dr. Olaf Sauer vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB), Karlsruhe

Die Interaktion mit technischen Anlagen und IKT-Systemen erfolgt heute weitestgehend mit Hilfe mehr oder weniger komplexer grafischer Benutzerschnittstellen. Neue Interaktionstechnologien bieten ein enormes Potenzial, die Gebrauchstauglichkeit der Maschinen zu steigern und dadurch die Produkteffizienz weiter zu verbessern. Aktuelle Entwicklungen stellen Designer und Ingenieure vor zusätzliche inhaltliche Herausforderungen: Einerseits führt die Nutzung von „intelligenten“ Komponenten zu flexibleren und anpassungsfähigen Systemen, andererseits steigt aber auch deren technologische Komplexität. Diese Herausforderungen verschärfen sich durch die Einführung von sogenannten Cyber-physischen Systemen, weil Menschen auch mit diesen Kleinstgeräten interagieren müssen. Eine zentrale Herausforderung zur Entwicklung von Benutzerschnittstellen ist es daher, die vom Nutzer wahrgenommene Komplexität zu reduzieren.

Herr Sauer, was ist Ihre Antwort auf die zunehmende Digitalisierung im Bereich der industriellen Technik Mensch-Technik-Interaktion?

Dr. Olaf Sauer: Künftig werden neue Interaktionskonzepte und intuitive Mensch-Technik-Interaktion notwendig sein, um der zunehmenden Digitalisierung gerecht zu werden. Wir legen den Fokus auf adaptive Benutzerschnittstellen, mit denen dynamische Maschinen- und Prozessinformationen eindeutig und verständlich visualisiert werden. Dabei werden relevante Informationen passgenau auf die unterschiedlichen Benutzer zugeschnitten, auf deren Bedürfnisse und Kompetenzen, auf Arbeitssituationen und Nutzungskontexte sowie physische Umgebungen. Wir ermöglichen so eine positive „UserExperience“.

Das Fraunhofer Institut (IOSB) arbeitet an innovativen und intuitiven Lösungen, in dem neue Systeme von Grund auf entwickelt oder bestehende Systeme nachhaltig und nachweisbar verbessert werden. Dazu setzen wir auf leistungsfähige Lösungsbausteine, die aufgrund ihres modularen Aufbaus individuell an die jeweiligen Aufgaben angepasst und erweitert werden können. Der Anwender und seine Aufgaben stehen im Mittelpunkt.

Die Fertigung in der Fabrik der Zukunft wird immer komplexer, die Belegschaft wird im Schnitt immer älter und laufend werden neue Produkte und Prozesse eingeführt. Wie können Sie Systemanwender mit mehr und besseren Assistenzsystemen unterstützen?

Assistenzsysteme bereiten Informationen für den Anwender auf, bewerten Handlungsalternativen oder begleiten die Entscheidung. Zielführend eingesetzt verbessern sie die Flexibilität von Mensch und Technik; so lassen sich entscheidende Wettbewerbsvorteile erzielen. Dazu ist es notwendig, von konkreten technischen Kernkompetenzen zu abstrahieren und industrielle Geschäftsprozesse als Ganzes zu betrachten. Wir verfolgen ein durchgängiges Konzept von der Aufnahme der Maschinendaten in Echtzeit, über deren Verarbeitung und Generierung von Prozesswissen bis hin zur Visualisierung anwenderspezifischer Informationen und Handlungsanweisungen.

Mit Hilfe eigenentwickelter kamera- und videobasierter Verfahren verleihen wir technischen Systemen die Fähigkeit, den Benutzer wahrzunehmen und dadurch zielführender zu unterstützen. Im Einzelnen verfügen wir über die folgenden Technologiebausteine: Unsere kamerabasierte Gesichtsanalyse gibt Aufschluss über Identität, Alter und Geschlecht des Anwenders, um Benutzerschnittstellen zu personalisieren und auf individuelle Bedürfnisse automatisch anzupassen. Mit Hilfe der Blick- und Kopfdrehungsmessung „versteht“ eine IT-Anwendung, worauf der Nutzer seine Aufmerksamkeit richtet; so kann sie z. B. den Bezug zum Objekt herstellen, für das eine Eingabe erfolgen oder Assistenz angeboten werden soll. Unsere Verfahren zum Messen der Körperhaltung geben Aufschluss über Bewegung, physische Aktivität, und Belastung des Nutzers. Ergänzend dient die damit zusammenhängende Hand- und Armerkennung zur Umsetzung intuitiver Interaktionslösungen, wie z. B. einer intuitiven Handposen- oder Zeigegesteninteraktion. Unser Ziel ist es, diese Komponenten mit geringem Implementierungsaufwand flexibel zu anwendungsspezifischen Assistenzsystemen zu kombinieren.

Die Gebrauchstauglichkeit bzw. Usability eines Produktes ist für dessen Markterfolg von entscheidender Bedeutung. Sie spielt dort eine besondere Rolle, wo Anwender mit interaktiven technischen Systemen in Berührung kommen – eine heute alltägliche Situation. Was tut Ihr Institut, um die Gebrauchstauglichkeit von Produkten zu optimieren?

Wenn wir solche benutzerfreundlichen Systeme entwickeln, verfolgen wir einen iterativen Design-Ansatz. Wir begleiten die Entwicklung von Hard- und Software, in dem wir die Prototypen kontinuierlich in qualitativen und quantitativen Studien anwendungsnah überprüfen. Mit Methoden des maschinellen Lernens entwickeln wir Systeme, die sich darüber hinaus dem jeweiligen Nutzungskontext anpassen können.

Wir bieten also einen ganzheitlichen Ansatz vom Entwurf bis zur Evaluation neuer Produkte. Aufbauend auf aktuellen Erkenntnissen aus Forschung und Praxis begleiten wir den gesamten Entwicklungsprozess. Wir gestalten intuitiv bedienbare Produkte, die zuverlässig arbeiten und explizit die Konformität mit bestehenden Systemen in den Entwicklungsprozess integrieren. Um eine hohe Benutzerakzeptanz sicherzustellen, setzen wir agile Entwicklungsmethoden ein, die den Anwender frühzeitig in den Gestaltungsprozess einbeziehen. Eine Bewertung der User-Expierence anhand von zielführenden Kennzahlen und Methoden ist fester Bestandteil einer abschließenden Evaluation und kann zur Beurteilung der Umsetzung herangezogen werden.

Welche Schwerpunkte neben neben den von Ihnen beschriebenen Aktivitäten zur industriellen Mensch-Technik-Interaktion hat das Fraunhofer IOSB noch?

Die Fabrik der Zukunft wird sich weiter verändern. Aktuelle Schlagworte, wie Industrie 4.0, Internet der Dinge oder Smart Factory tragen dazu bei. Durch immer mehr Sensorik und eingebettete Systeme in Maschinen und deren Komponenten liefern Produktionsanlagen enorme Datenmengen, die analysiert und ausgewertet werden müssen („Big Data“). Bislang einzelne Maschinen werden zu Linien verknüpft, Standorte vernetzt und Wertschöpfungsketten mit Informations- und Kommunikationstechnik verbunden. Dies ermöglicht neue Geschäftsmodelle, die im globalen Wettbewerb bestehen müssen. Zahlreiche Studien belegen jedoch, dass Unternehmen heute nur einen Bruchteil der zurVerfügung stehenden Daten nutzen, um ihre Prozesse zu optimieren. Ein enormes Potenzial bleibt ungenutzt. Oftmals sind die Gründe hierfür mangelnde Ressourcen oder fehlendes Know-how.

Das Fraunhofer IOSB verfügt über umfassendes Prozesswissen in der industriellen Fertigung und ist sich der Möglichkeiten bewusst, die sich aus der 4. Industriellen Revolution in Bezug auf die gesamte Wertschöpfungskette ergeben. Wir bieten zahlreiche integrierte Lösungen, die Dank „Plug and Work“ eine flexible Fertigung ermöglichen und schnell an neue Bedingungen angepasst werden können.

Herr Dr. Sauer, wir bedanken uns für das interessante und informative Gespräch.

(Quelle: OEM & Lieferant, Ausgabe 2/2016)