Der Schritt vom Singletouch zur Mehrfinger/Zweihand-Multitouch-Technologie war nur eine Frage der Zeit und hat sich für Smartphones, Tablet-PCs oder Pads im Consumer- und Bürobereich sehr schnell durchgesetzt. Es zeichnet sich ab, dass immer mehr Maschinenhersteller bei ihrer künftigen Bediensoftware auf Multitouch setzen. In einer Konzeptstudie zur Bedienung von Anlagen mit Multitouch wurde am Beispiel eines Energieparks mit Windkrafträdern ermittelt, welche Multitouch-Funktionalitäten die Industrie braucht und welche Anforderungen hinsichtlich der Betriebssicherheit im industriellen Umfeld erfüllt sein müssen.

Es kann nicht das Ziel sein, die Technologie der Consumer-Geräte 1:1 auf HMI-Panels zu portieren. Es gilt ein Gesamtpaket aus Soft- und Hardware zu schnüren, das den Anforderungen im industriellen Umfeld entspricht, einschließlich der Umsetzung im Engineer­ing und in den HMI-Geräten.

Eine Alternative für die Benutzer-Authentifizierung: Passwort-Eingabe mittels Gesten durch das Verbinden von Bildschirmpunkten.

© Siemens

Die Vorteile der Multitouch-Technologie liegen im Wortsinn auf der Hand. Der Blick des Bedieners bleibt weitgehend auf das Geschehen am Bildschirm konzentriert, statt immer wieder durch die Anwahl von Menüs, Funktionsleisten oder zusätzlichen Navigationsschaltflächen abgelenkt zu werden. Desgleichen reduzieren sich die Bedienschritte; die Anzeige wirkt aufgeräumter und der Bildinhalt wird übersichtlicher. Mehrstufige Bedienaufgaben gehen fließender von der Hand.

Bei verriegelnden Zweihand-Fingergesten – Freigabe-Touchpunkt links halten, Touchpunkt rechts antippen – sind außerdem Fehlbedienungen eher unwahrscheinlich und unbeabsichtigte Eingaben, beispielsweise durch irrtümliche Berührungen, nahezu ausgeschlossen. Hinzu kommt, dass die meist 'natürliche' Fingerbewegung zu einer intuitiveren Bedienung führt, die den Einarbeitungsaufwand verringert.

Um diesen Mehrnutzen zu maximieren, muss bei der Gestaltung der Bedienoberfläche vor allem darauf geachtet werden, dass ebenso leicht erkennbar ist, welche Maschinenteile und Funktionen überhaupt bedienbar sind. Der Schlüssel dazu liegt – wie schon bei bisherigen Touch-Oberflächen – im kontextbezogenen Ein- beziehungsweise Ausblenden der Bedienelemente (Touchpunkte). Auch eine zusätzlich differenzierte Darstellung in Form (rund, eckig) oder Farbe (nach Funktion) ist vorstellbar.

Zu den weiteren Möglichkeiten zählt das 'weiche' Ansprechen und Ausklingen von Wisch-, Zieh- oder Drehbewegungen. Das zu bewegende Objekt sollte „träge“ beschleunigen, wenn der Finger zu ziehen beginnt und ebenso nicht sofort stillstehen, wenn der Finger die Empfindlichkeitsschwelle verlässt.

Windräder als Multitouch-Prototyp

Ein Wisch mit zwei Fingern von oben blendet eine Übersicht der im Projekt verfügbaren Bilder ein.

© Siemens

Um den sich mit Multitouch bietenden Innovationssprung (be)greifbar zu machen, hat Siemens die wesentlichen Funktionalitäten in einer Konzeptstudie umgesetzt: Dazu wurde eine virtuelle Windkraftanlage in einem Übersichtbild dargestellt, das die nächste Bedienebene mit den verfügbaren Detail-Informationen in einem verkleinerten Vorschaufenster anzeigt. Anstatt über ein Menü oder Schaltflächen dorthin zu navigieren, führt der Bediener einfach einen verti­kalen oder horizontalen Einfinger-Flick aus, der den Bildwechsel auslöst.

Realisiert wurden die Bedienung und Beobachtung einer Windturbine, eine animierte 3D-Detail-Ansicht der Kanzel sowie die Anzeige von Messwerten und Meldungen. Kritische Eingaben lassen sich nur mittels Zweihand-Bedienung durchführen, desgleichen die Abschaltung der fiktiven Turbinen. Die 3D-Rotation beeindruckt durch eine absolut ruckfreie Bewegung. Zoom und Scroll funktionieren genau so, wie es der Benutzer von Touchpads her kennt.

Darüber hinaus wurden Funktionen wie Log-On, Sprachumschaltung und Hilfe implementiert. Eine Übersicht mit allen verfügbaren Bildern und Systemfunktionen erreicht der Bediener über einen Zweifinger-Flick. Per Fünffinger-Pinch springt der Bediener aus jeder Maske zur Startseite zurück.

Wischen ohne Ruckeln und Zuckeln

Was im Hinblick auf den Bedienkomfort sofort auffällt, ist das druckfreie Ansprechvermögen der Bedienoberfläche, das dem Projected-Capacitive-Touch (PCT) geschuldet ist. Aufwendige Kalibrierungen, wie man sie von analog-resistiven Touchscreens (ART) kennt, gehören der Vergangenheit an. Die Oberfläche des Multitouch-Prototyps (22 Zoll) besteht aus einer Glasscheibe, hinter der die PCT-Sensorik aus Halbleiterschichten gegen äußere Einwirkungen und Verschleiß geschützt ist. Werden ein oder mehrere Touchpunkte auf der Glasoberfläche berührt, ändert sich das elektrische Feld punktuell. Daraus berechnet der Touch-Controller die Koordinaten der berührten Punkte und löst dann die zugewiesene Bedienfunktion aus.

Das Glas bietet eine blend- und reflexionsarme Darstellung bei weitaus höherer Transparenz und Bildschärfe im Vergleich zu analog-resistiven Bildschirmen. Für die in hygienisch sensiblen Ein­satz­be­reichen unerlässliche Splitter-Sicherheit  – wie bei der Lebensmittel­verarbeitung oder in der pharmazeutischen und chemischen In­dustrie –, können eine Spezialbeschichtung, eine Schutzmembran und ein dünner umlaufender Schlagschutzrand die Lösung sein. Hohe Kratzfestigkeit, Chemikalien- und Spritzwasserbeständigkeit verstehen sich von selbst.

Als problematisch erwies sich anfangs noch die Bedienbarkeit mit Handschuhen. Inzwischen bieten mehrere Hersteller speziell beschichtete Handschuhe an, die eine punktgenaue Touch-Bedienung ermöglichen. Damit sind die Anforderungen für den industriellen Einsatz aber noch längst nicht erfüllt: Denn die Tauglichkeit im Industrieumfeld steht und fällt nicht zuletzt mit einer eindeutigen Touch-Erkennung – speziell bei nicht ‚optimalen‘ Umgebungsbedingungen. Kritische Faktoren sind jede Art von elektrischen Störungen (leitungs-/feldgebunden) sowie mögliche Einschränkungen der Empfindlichkeit, beispielsweise durch Flüssigkeiten auf der Glasober­fläche. Mit größeren Display-Diagonalen verstärken sich diese Einwirkungen.

Daher muss sichergestellt sein, dass ein ausreichender Störabstand zwischen Nichterkennung und Erkennung einer Touch-Bedienung besteht. Dazu sind entsprechende Maßnahmen im Touchscreen-Controller, im PTC-Sensor und im Gerät selbst umzusetzen. Dann stellen auch die im Industrieumfeld immer öfters eingesetzten größeren Bildschirmdiagonalen (17 Zoll, 19 Zoll, 22 Zoll) keine unüberwindbare Hürde für PCT-Multitouch-Panels dar.

Auslaufmodell Singletouch

Anhand der Konzeptstudie verifiziert Siemens zurzeit die ersten Multitouch-Geräte. Auf der Hardwareseite zielt die Entwicklung auf ein durchgängiges Portfolio von HMI-Geräten ab, bei denen Single- und Multitouch-Ausführungen mittelfristig ergänzend nebeneinander stehen. Auf längere Sicht wird sich allerdings die Multitouch-Technologie durchsetzen, zumal damit auch einfache Singletouch-Anwendungen umzusetzen sind. Siemens arbeitet außerdem im Fachausschuss der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) für die Mensch-Maschine-Kommunikation an der Richtlinie VDI/VDE 3850 für die Dialoggestaltung von Touchscreens mit. Diese wird derzeit für die Bedienung mit Multitouch erweitert.

Das bisherige Feedback aus der Industrie hat ergeben, dass einige Kunden eine zusätzliche feste Leiste mit Funktionstasten verlangen. Dies mag an einer Zurückhaltung gegenüber derart elementaren Veränderungen liegen. Bei den Smart­phones hingegen zeichnet sich ab, dass auch die verbliebenen Hardware-Tasten in der Touch-Oberfläche aufgehen werden.

Darüber hinaus fordert die Mehrheit der Anwender eine zuverlässige Bedienmöglichkeit mit Handschuhen, wobei Leder-/Schutzhandschuhe am häufigsten genannt wurden. Auf die Frage, wie viele Finger für die Anwendung benötigt werden, zeigt sich eine Häufung von zwei und drei Fingern. Mehr als fünf Finger wurden nur in Ausnahmefällen genannt. Als Anforderungen an die Glasoberfläche stehen Entspiegelung und Kratzfestigkeit ganz oben.

Neben der Erweiterung von Simatic WinCC um Multitouch-Funktionen und der laufenden Optimierung der Bedienfreundlichkeit (Usability) sind Pilot-Anwendungen mit kunden- und branchenspezifischen Testsystemen vorgesehen, bevor die Migration von Single- zu Multitouch an Fahrt gewinnt. Ein erster Schritt hin zu einer Technologie, bei der nicht mehr vorrangig das 'Interface' im HMI bedient werden muss, sondern der Mensch fast schon direkt mit der Maschine selbst kommuniziert.

Autor: Peter Wiedenberg ist Product Manager HMI Software Usability bei der Firma Siemens in Nürnberg.