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Entwicklung einer adaptiven grafischen Benutzungsschnittstelle für multimodale Bediensysteme in landwirtschaftlichen Zugmaschinen

  • Traktorbedienerinnen und Traktorbediener haben das Problem, dass multimodale Mensch-Maschine-Schnittstellen von Traktoren unzureichend bedienbar sind. Dies macht sich vor allem durch lange Einlernzeiten, kognitiver Überforderung aufgrund des Funktionsumfangs und ineffizientem Bedienverhalten bemerkbar. Traktoren werden längst nicht mehr nur durch mechanische Schalter, Hebel und Tasten gesteuert. Die Bedienung einer modernen landwirtschaftlichen Zugmaschine ist multimodal: primäre Funktionen, wie das Fahren und die grundlegende Steuerung von Anbaugeräten, werden von den Nutzerinnen und Nutzern über haptische Bedien- und Stellelemente ausgeführt, doch Justierungen und Automationen während und vor der Arbeit mit dem Traktor finden vollständig über die Software statt. Über einen Bildschirm werden z. B. Einstellungen an angehängten Anbaugeräten vorgenommen, teilautonome Prozesse zur Austragung justiert, automatische Lenkung und Dokumentation initiiert, Traktor-bedingte Einstellungen, wie z. B. Hydraulikanpassungen ausgeübt, Komfortfunktionen wie das Radio bedient und umfassende Informationen zur Maschine und der Peripherie aufgerufen. Eine Software muss in diesem Umfeld eine Vielzahl an Informationen verarbeiten und das komplexe System Traktor mit seinen Anbaugeräten funktional darstellen können. Die Traktorenbedienung wird also von enorm vielen Kontexten beeinflusst, die wechselwirken. Diese Kontexte, wie z. B. Eigenheiten der Bedienerinnen und Bediener, Maschinenkonditionen oder die Art der Tätigkeit, um nur einige wenige zu nennen, muss die Software adressieren können – doch das macht sie in den aktuellen Systemen nicht ausreichend. Dies zeigt sich aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen zur Software-Ergonomie in Traktoren und empirischen Untersuchungen im Rahmen dieser Masterarbeit. So ist es für die Bedienerinnen und Bediener ineffizient, wenn sie Prozesse für eine Aufgabe auf dem Feld ausführen müssen, die repetitiv sind. Diese Masterarbeit konzipiert daher anhand des Adaptive User Interface Ansatzes einen Vorschlag für eine Software, die diesem kontextreichen Umfeld gerecht werden kann und zu einer kognitiven Entlastung führen soll. Ein Adaptive User Interface ist ein intelligentes Schnittstellenkonzept, das anhand von Sensorik und Machine Learning Inhalte, Darstellung und Funktionen adaptieren kann. Durch umfassende Analysen des Ist-Stands von Traktor-Softwares und der Befragung und Beobachtung von Bedienerinnen und Bedienern in ihrem alltäglichen Arbeitsumfeld konnten Anforderungen spezifiziert, und darauf basierend iterativ Lösungen entwickelt werden. Das Ergebnis ist ein evaluiertes GUI-Konzept, das auf zwei übereinander angeordneten Bildschirmen basiert und mittels Touch-Eingabe und einer 4-Wege-Taste bedient wird. Auf den Bildschirmen werden Funktionen für Traktor und Schnittstellen, mit denen die Anbaugeräte betrieben werden, getrennt dargestellt. Dies soll für eine Entlastung des Funktionsüberschusses sorgen. Kern dieses Konzepts ist jedoch die Implementierung des adaptiven Ansatzes: Basierend auf dem Kontext werden Adaptionsvorschläge in Form von Dialogen unterbreitet, die minutenlange Arbeitsschritte durch die Software um ein Vielfaches verkürzen können – so steigt die Effizienz enorm. Weiter soll das Konzept durch einen umfassenden Onboarding Prozess und intelligente Hilfsfunktionen auf die optimale Nutzung durch sowohl Anfängerinnen und Anfänger als auch Expertinnen und Experten vorbereiten.
  • Tractor operators have the problem that multimodal human-machine interfaces of tractors are insufficiently operable. This is particularly noticeable in the form of long learning times, cognitive overload due to the range of functions, and inefficient operating behavior. Tractors have long since ceased to be controlled solely by mechanical switches, levers and buttons. The operation of a modern agricultural tractor is multimodal: primary functions such as driving and basic control of implements are performed by users via haptic controls and actuators, but adjustments and automations during and before working with the tractor take place entirely via software. A screen is used, for example, to make settings on attached implements, adjust semi-autonomous processes for discharge, initiate automatic steering and documentation, make tractor-related settings such as hydraulic adjustments, operate comfort functions such as the radio, and call up comprehensive information on the machine and its peripherals. In this environment, software must be able to process a large amount of information and functionally represent the complex tractor system with its attachments. Tractor operation is therefore influenced by an enormous number of interacting contexts. The software must be able to address these contexts, such as the characteristics of the operators, machine conditions or the type of activity, to name just a few - but it does not do this sufficiently in the current systems. This is evident from scientific publications on software ergonomics in tractors and empirical studies in this master thesis. For example, it is inefficient for operators to have to perform processes for a task in the field that are repetitive. This master thesis therefore uses the Adaptive User Interface approach to design a proposal for software that can cope with this context-rich environment and lead to cognitive relief. An Adaptive User Interface is an intelligent interface concept that can adapt content, presentation and functions by means of sensor technology and machine learning. Extensive analyses of the current state of tractor software and interviews with and observations of operators in their everyday working environment enabled requirements to be specified and solutions to be developed iteratively on this basis. The result is an evaluated GUI concept, which is based on two screens arranged on top of each other and operated by touch and a 4-way button. On the screens, functions for the tractor and interfaces with which the attachments are operated are displayed separately. This is intended to relieve the function overload. The core of this concept, however, is the implementation of the adaptive approach: Based on the context, adaptation suggestions are presented in the form of dialogs, which can shorten minutes of work by the software many times over - thus increasing efficiency enormously. Furthermore, a comprehensive onboarding process and intelligent help functions will prepare the concept for optimal use by beginners as well as experts.

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Metadaten
Author:Marcus Auchter
DOI:https://doi.org/10.25924/opus-4117
Subtitle (German):tracad
Title Additional (English):Development of an adaptive graphical user interface for multimodal operating systems in agricultural tractors
Advisor:Karl-Heinz Weidmann, Michael Kneidl
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Year of publication:2021
Publishing Institution:FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Granting Institution:FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Release Date:2021/10/11
Tag:Traktor
AUI (Adaptive User Interface); Contextual design; Precision farming; Software redesign
Number of pages:325
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Open Access?:ja
Course of Studies:InterMedia
Licence (German):License LogoUrhG - The Austrian Copyright Act applies - Es gilt das österr. Urheberrechtsgesetz