HMI und Benutzererfahrung

Der Mensch im Mittelpunkt

21. April 2021, 15:00 Uhr | Tobias Schlichtmeier

Mit wachsendem Funktionsumfang moderner Geräte und Systeme steigen auch die Anforderungen an Mensch-Maschine-Schnittstellen. Trotz höherer Komplexität müssen sie einfach zu bedienen sein. Prof. Robert Oshana von NXP Semiconductors schlägt vor, den Menschen in den Mittelpunkt zu stellen.

Prof. Robert Oshana ist VP of Software R&D für den Geschäftsbereich Mikrocontroller und Mikroprozessoren bei NXP. Er ist verantwortlich für Software Enablement, IoT Connectivity, Software, Middleware und Sicherheit, Betriebssysteme, Software-Services und fortschrittliche Techniken.

Markt&Technik: Seit der Industrialisierung ist der Mensch als Anwender gezwungen, sich an Maschinen anzupassen. Prof. Oshana, Sie schlagen nun vor, den Nutzer in den Mittelpunkt der Mensch-Maschine-Schnittstelle zu stellen. Was bedeutet das konkret?

Prof. Rob Oshana: Die Beschreibung »...gezwungen, sich an Maschinen anzupassen« ist genau das, was in den frühen Tagen des User Interface Designs passiert ist. Ein leuchtendes Beispiel dafür ist der Artikel »How the dumb design of a World War 2 plane led to the Macintosh« von Cliff Kuang. Das Verständnis grundlegender menschlicher Faktoren und das anschließende Design zur Unterstützung dieser menschlichen Faktoren ist für eine erfolgreiche Gestaltung von Benutzeroberflächen unerlässlich. Wichtige Designkonzepte wie die Minimierung der Gedächtnisbelastung des Benutzers, die Abbildung auf das mentale Modell des Benutzers und die Einhaltung von Gestaltprinzipien sind nur einige Beispiele dafür, den Benutzer in den Mittelpunkt der Mensch-Maschine-Interaktion zu stellen. Dies wird immer wichtiger, da Benutzeroberflächen zu wesentlichen Bestandteilen von Wearables, Fahrzeugen, Medizintechnik und in der industriellen Produktion werden. Forester Research hat geschätzt, dass jeder US-Dollar, der in das Benutzererlebnis investiert wird, im Durchschnitt 100 US-Dollar an Ertrag bringt.

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Was sind die Unterscheidungsmerkmale von Human-centric Interfaces?

Es gibt drei Unterscheidungsmerkmale von Human-centric Interfaces: 1. Die Schnittstelle ist richtig als sensorischer Prozessor in dem Sinne gestaltet, dass sie in die menschlichen Grenzen passt. 2. Die Schnittstelle ist ein Interpreter und Prädiktor in dem Sinne, dass sie in die Wissensgrenzen des Benutzers passt. 3. Die Schnittstelle ist ein Akteur in der Umgebung, in dem Sinne, dass sie in den richtigen Aufgaben- und sozialen Kontext passt.

Eine andere Art, darüber nachzudenken, ist, sich an die vier »E“ einer guten Benutzeroberfläche zu erinnern: »Einfach zu bedienen«, »Einfach zu verstehen«, »Error-frei« und »Effektiv zum Erreichen des Ziels«.

Wie sollte ein Entwickler vorgehen, wenn er eine effiziente, auf den Menschen zentrierte Schnittstelle entwerfen und implementieren möchte?

Aus der Designperspektive ist es wichtig, die wichtigsten Gesetze des User Interface Designs und der User Experience zu verstehen und zu nutzen. Ein paar Beispiele:

1. Das Aesthetic Usability Principle: Nutzer nehmen ästhetisch ansprechendes Design oft als benutzerfreundlicher wahr.
2. Fitt‘s Law: Die Zeit, um ein Ziel zu erfassen, ist eine Funktion der Entfernung und Größe des Ziels.
3. Hick‘s Law: Die Zeit, die benötigt wird, um eine Entscheidung zu treffen, steigt mit der Anzahl und Komplexität der Auswahlmöglichkeiten.
4. Das Poka-Yoke-Prinzip: geeignete Einschränkungen in Geräte oder Produkte einbauen, um Fehler zu vermeiden.
5. Das Millersche Gesetz: Der durchschnittliche Mensch kann beim Arbeiten nur sieben (plus oder minus zwei) Elemente in seinem Gedächtnis behalten.

Es gibt noch viele andere, und die Anwendung dieser Gesetze bei der Gestaltung einer Benutzeroberfläche führt zu effektiveren Benutzererfahrungen.

Aus der Implementierungsperspektive gibt es einige gute Werkzeuge für Benutzeroberflächen, die angewendet werden können. Dazu gehören Embedded Wizard und Light and Versatile Graphics Library (LVGL). LVGL ist eine Open-Source-Grafikbibliothek, die grafische Elemente und Widgets, Python-Unterstützung, Multiplattform und viele Git-basierte Beispiele bietet. Sie finden diese in der Open Source Community oder gebündelt mit Embedded-Software-Enablement-Paketen wie MCUXPresso von NXP.

Wie kann man die Funktion und Qualität einer solchen, auf den Menschen zentrierten Schnittstelle verifizieren?

Es gibt einige relativ einfache Techniken, um die Funktion und Qualität einer Benutzerschnittstelle zu verifizieren. Der Ansatz der heuristischen Evaluation von Jacob Neilson verwendet Faustregeln – also Heuristiken –, um die Benutzerfreundlichkeit von Benutzeroberflächen mit Inspektionstechniken zu messen. Ich mag diesen Ansatz, weil er bereits in der frühen Entwicklungsphase von der Prototyping-Phase bis hin zur finalen Produktevaluation angewendet werden kann. Auch kognitive Walkthroughs sind eine weitere Technik, bei der die Bewerter Fragen zur Benutzeroberfläche stellen, und zwar aus der Perspektive des Benutzers, der verschiedene Aufgaben oder Anwendungsfälle ausführt. Dies ist nützlich für das Verständnis der Erlernbarkeit eines Systems für neue oder gelegentliche Benutzer.

Können Human-centric Interfaces abstrahiert werden, sodass sie auf jede Anwendung portiert werden können?

Viele Human-Factor-Konzepte lassen sich leicht portieren, weil sie auf angeborenen Eigenschaften des Menschen basieren, die nie verschwinden. Wenn Sie Interfaces entwickeln, die leicht in einer Vielzahl von Anwendungssegmenten wie Wearables, Medizintechnik, Automotive usw. eingesetzt werden können, dann würde ich empfehlen, einige der exzellenten Embedded UI Tools und -Bibliotheken zu nutzen, die das Embedded UI Design und die Entwicklung erleichtern.

MicroEJ bietet zum Beispiel eine Simulationstechnik, die Rapid Prototyping und virtuelle Geräte unterstützt, um schnell und früh Rückmeldungen von Anwendern zu erhalten. Darüber hinaus ist es bei Embedded-Geräten wichtig, die Nutzung des ROM/RAM-Speichers und der Hardware-Ressourcen für die Benutzeroberfläche zu optimieren. Die Verwendung solcher Tools und eines gemeinsamen Satzes von grafischen Widgets kann bei der Portabilität über verschiedene elektronische Geräte hinweg helfen, was die anfängliche Investition in das Design deutlich erhöht.

Techniken wie Storyboard von Crank Software geben Entwicklern die Möglichkeit, das beste Betriebssystem für ein bestimmtes Embedded-Produkt auszuwählen, sei es für einen ressourcenbeschränkten Mikrocontroller oder einen Hochleistungs-Mikroprozessor. Sie bieten auch eine Möglichkeit, einfach auf ein anderes OS zu portieren, wenn das Projekt geändert werden muss. Zusammenfassend lässt sich also sagen: Die menschlichen Faktoren lassen sich leicht portieren, die Hardware-Implementierung lässt sich noch leichter portieren, wenn man gute Embedded UI Tools verwendet.

Welche Beispiele für gute und nicht so gute Human-centric Interfaces können Sie nennen?

Generell sind »nicht so gute« Human-centric Interfaces in der Regel träge und reaktionslos, kompliziert zu bedienen und können für den Benutzer verwirrend sein, was zu Fehlern und inkonsistenten Designs führt.

In der Kategorie der Mikroprozessoren gibt es einige hervorragende Beispiele von Ventec Life Systems, die in Multifunktions-Beatmungsgeräten eine intuitive Benutzerschnittstelle für medizinisches Personal implementiert haben und damit an vorderster Front gegen die Covid-19-Pandemie kämpfen.

Im Automotive-Bereich ist Fords Sync 4 ein gutes Beispiel dafür, wie man Benutzerfreundlichkeit in ein Fahrzeug bringt. Sync 4 wird in Autos wie dem Elektrofahrzeug Mustang Mach-E enthalten sein und nutzt unter anderem künstliche Intelligenz, um Fahrergewohnheiten zu erlernen und die Benutzeroberfläche entsprechend anzupassen. In der Kategorie der Mikrocontroller gibt es einige hervorragende Beispiele für eingebettete Benutzeroberflächen in Wearables von Fitbit – jetzt Google – sowie in Smart-Home-Geräten und Metering-Anwendungen.

Das Interview führte Harry Schubert.