Benutzungsschnittstellen fu r Industrieroboter Eine Usability-Evaluation

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1 Benutzungsschnittstellen fu r Industrieroboter Eine Usability-Evaluation Uni Würzburg & Zentrum für Telematik e.v. // Robert Tscharn, Philipp Schaper, Doris Aschenbrenner, Diana Löffler, Jörn Hurtienne Aachen, 05. September 2016

2 // Gliederung Big Picture: Kontextüberblick Industrie 4.0 Mensch-Roboter-Interaktion Unternehmenskultur Beispiel: Usability-Test Methodik & Ergebnisse Diskussion Fazit 2

3 // Gliederung Big Picture: Kontextüberblick Industrie 4.0 Mensch-Roboter-Interaktion Unternehmenskultur Beispiel: Usability-Test Methodik & Ergebnisse Diskussion Fazit 3

4 // Assembly Line Definierte Arbeitsschritte Arbeitsteilung Substitution durch Technologie Standardisierung 4

5 // Ursachen für Ausbau von Assembly Lines Demographischer Wandel Ergonomiebewusstsein und Sicherheitsstandards gestiegen Kompensation für Arbeitskosten in Hochlohnländern Energieeffizienz Massiv in Automobilindustrie 5

6 // Roboterarten in Assembly Lines Roboter stationär & Unterstützung: physische Arbeit wird unterstützt (VW, BMW) Roboter stationär & Arbeitsteilung: Roboter übernimmt eigenständig Aufgaben (Mercedes) Roboter mobil & Arbeitsteilung: autonome Arbeitseinheiten (Fraunhofer) 6

7 // Mensch-Roboter-Teams Problem: Fähigkeiten autonomer Maschinen decken nicht komplettes Aufgabenspektrum eines Menschen ab Deswegen vor allem: Remote Control Eingeschränktes Einsatzgebiet (z.b. Fertigungsstraße) Programmiert für spezifische Assistenzfunktion Meistens Co-Working zwischen Mensch und Roboter in einem Team 7

8 // Arbeitsteilung Roboter Repetitive, unergonomische Aufgaben Einfache Bewegungen Einfache Entscheidungen Einfache visuelle Verifizierung Mensch höhere Aufgaben Komplexer Kontext Komplexe Verifizierung Ambigue Entscheidung Müller,

9 // Mensch-Roboter-Interaktion Autonome Roboter selten komplett autonom Interaktion mit dem Menschen spielt bisher oft untergeordnete Rolle Gemeinsames Verständnis & wechselseitiges Modelling? Versteht der Roboter den Menschen (Emotionen, Workload)? Können beide Interaktionspartner die Aufmerksamkeit des anderen auf sich ziehen? Aufgabenteilung: In welchem Zustand sind gerade beide Agenten? Automationslevel? Soziale Aspekte & Erwartungen?

10 // Erwartungen an optimierte HRI Kosten Angepasste Automatisierung Hohe Flexibilität bei der Produktfertigung Hohe Kapazitätsauslastung Potential HRI Qualität Permanente Prozesskontrolle Hohe Prozessstandardisierung Zeit Hohe Verfügbarkeit Hohe Konversionsflexibilität Müller,

11 // Unternehmenskultur Lange Verweildauer von Maschinen (und Interfaces) im Unternehmen Hoch trainierte Mitarbeiter Häufige Top-Down Einführung neuer Technologien durch Management Besondere Anforderungen an Hardware Säure- oder Hitzebeständig Mit Handschuhen bedienbar Verletzungsgefahr durch Fehlbedienung Sinn von Investitionen in Usability-Optimierung wird erst langsam erkannt 11

12 // Zwischenfazit Der Kontext ist unter Umständen extrem komplex aber von technischer Seite aus auch extrem standardisiert von menschlicher Seite aus eher wenig. Mensch und Maschine stark verzahnt Gelungene Mensch-Roboter-Interaktion immer wichtiger Was sind also gute Interaktionsformen und wie findet man sie in diesem besonderen Kontext heraus? 12

13 // Gliederung Big Picture: Kontextüberblick Industrie 4.0 Mensch-Roboter-Interaktion Unternehmenskultur Beispiel: Usability-Test Methodik & Ergebnisse Diskussion Fazit 13

14 // Beispielstudie Touchscreen und Tablet als Innovation Intuitiv bedienbar! Angenehmer! Ziel des Projektes: Vergleich zweier Roboterinterfaces bisher: mehrfach belegte Tasten, kleiner Bildschirm neu: Tabletlösung 14

15 // Methodik 1. Heuristische Evaluation (Nielsen-Heuristiken; Heuristiken nach Elara et al., 2007) 2. Keystroke-Level Model (Card, 1983; Holleis et al., 2007) 3. Usability-Test mit Simulation 15

16 // Ergebnisse: Heuristische Evaluation Tastenbasierte Steuerung Touchbasierte Steuerung Sichtbarkeit des Systemstatus U bereinstimmung zwischen System und der realen Welt Hilfe und Dokumentation Sichtbarkeit des Systemstatus U bereinstimmung zwischen System und der realen Welt Hilfe und Dokumentation A sthetik und minimalistisches Design Hilfe beim Erkennen, Diagnostizieren und Beheben von Fehlern A sthetik und minimalistisches Design Hilfe beim Erkennen, Diagnostizieren und Beheben von Fehlern Fehlervermeidung Flexibilita t und Effizienz der Benutzung Fehlervermeidung Flexibilita t und Effizienz der Benutzung Konsistenz und Standards Wiedererkennen statt Erinnerung Konsistenz und Standards Wiedererkennen statt Erinnerung Benutzerkontrolle und freiheit Benutzerkontrolle und freiheit 48 (25% Schweregrad 3 oder4) 31 (36% Schweregrad 3 oder 4) 16

17 // Usability-Test Geplant: Testen von hochtrainierten Benutzern Problem: Massive Vorerfahrung mit bisherigem Interface und Verfügbarkeit Simulatortest mit 16 Probanden (Durchschnittsalter 21.1 Jahre) Kurze Einführung für beide Geräte 4 Use-Cases Motoren einschalten Systemsprache ändern Roboter auf Punkt steuern Koordinatensystem verstellen Messung: Zeiten, Genauigkeit der Roboterbewegungen, Eye-Tracking, SEA-Skala, ISONORM-Fragebogen 17

18 // Usability-Test: Ergebnisse Mit touchbasierter Steuerung: Mehr gelöste Teilaufgaben Geringere subjektiv empfundene Anstrengung Bessere Bewertung auf ISONORM-Fragebogen Höhere Genauigkeit bei Roboterbewegungen Aber auch: Längere Verfahrenswege 18

19 // Diskussion Test mit Novizen Gröbste Verstöße gegen Usability-Guidelines wurden trotzdem gefunden Bessere Vergleichbarkeit Roboter-Simulation In sicherheitskritischen Systemen sicherste Herangehensweise Veränderungen können schnell getestet werden Usability-Test aufwändig und geringer wahrgenommener ROI Erste Ergebnisse durch vorgeschaltete Heuristische Evaluation und KLM nützlich für Projektverlauf Verringerten Schulungsaufwand verdeutlichen 19

20 // Gliederung Big Picture: Kontextüberblick Industrie 4.0 Mensch-Roboter-Interaktion Unternehmenskultur Beispiel: Usability-Test Methodik & Ergebnisse Diskussion Fazit 20

21 Vielen Dank! Robert Tscharn Universität Würzburg Lehrstuhl für Psychologische Ergonomie 21