Gestaltungsmöglichkeiten und Potenziale von nutzerzentrierten Mensch-Maschine-Schnittstellen zur Laststeuerung an Kranen

Ziel dieser Arbeit ist es, einen Gestaltungsrahmen zur Entwicklung nutzerzentrierter Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) zur Laststeuerung an Kranen zu entwickeln. Es wird gezeigt, dass die Berücksichtigung eines systematischen Designansatzes eine erhöhte Gebrauchstauglichkeit der HMIs sowie eine verringerte mentale Beanspruchung beim Bediener erwarten lässt, was in erhöhter Intuitivität im Vergleich zum etablierten maschinenzentrierten HMI resultiert. Der entwickelte Gestaltungsrahmen bietet erstmals eine systematische Grundlage zur Ableitung nutzerzentrierter HMIs und kann bereits während des Entwicklungsprozesses zum Konzeptvergleich herangezogen werden. Mit Hilfe des Gestaltungsrahmens können zwei nutzerzentrierte Steuerungskonzepte abgeleitet werden: das richtungsorientierte und das zielorientierte Steuerungskonzept. Es wird gezeigt, dass bei beiden Konzepten positive Einflüsse auf die Gebrauchstauglichkeit, mentale Beanspruchung und Intuitivität erwartet werden können. In einer Laborstudie (48 Probanden ohne Vorerfahrung) werden die beiden Steuerungskonzepte mit dem maschinenzentrierten HMI verglichen. Sowohl die Effekte auf die mentale Beanspruchung als auch auf die Gebrauchstauglichkeit belegen den positiven Einfluss der nutzerzentrierten Konzepte und die höhere Intuitivität. Zur weiteren Untersuchung werden beide Steuerungskonzepte in je zwei Ausprägungen (insgesamt vier HMIs) an einem Ladekran mit vier Freiheitsgraden und Auslegerspitzensteuerung umgesetzt. Bei den zielorientierten HMIs erfolgt die Vorgabe des Zielpunkts entweder in Form eines Lichtpunkts, der mit einer 3D-Kamera erfasst wird, oder über Holografien mit Hilfe der AR-Brille Microsoft Hololens. Beide zielorientierten HMIs sind funktionsfähig, weisen jedoch technische Limitationen auf. Bei den richtungsorientierten HMIs erfolgt die Eingabe der gewünschten Bewegungsrichtung des Hakens entweder über Joysticks auf einer Funksteuerung oder über Wischbewegungen auf einem Tablet, so dass die Hakenbewegung immer parallel zur Eingabe ist. Das Proof of Concept wird für alle HMIs erbracht. In der Evaluationsstudie (56 Probanden in zwei Bedienergruppen) werden die richtungsorientierten HMIs mit dem maschinenzentrierten HMI verglichen. Es zeigt sich, dass sowohl Novizen als auch Experten von den richtungsorientierten HMIs profitieren, auch wenn die Effekte bei den Novizen stärker ausfallen. Dies liefert weitere Belege für die Validität des Gestaltungsrahmens und stützt gleichzeitig die Erwartung, dass die richtungsorientierten HMIs zu einer höheren Intuitivität führen. Das Ziel, einen Beitrag zur Entwicklung, Implementierung und Evaluation von nutzerzentrierten HMIs zur Laststeuerung an Kranen zu leisten, wurde erreicht. Weitere Untersuchungen, vor allem zur Weiterentwicklung des zielorientierten Steuerungskonzepts, werden empfohlen.