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David C. Thömmes 26. September 2017

UX als Innovationstreiber von Industrie 4.0 & Digitalisierung

Eine gute Benutzeroberfläche ist das Resultat eines interdisziplinären Designprozesses. © Sergey Nivens / Fotolia.com
© Sergey Nivens / Fotolia.com

Von User Experience Design und Usability hat gefühlt jeder schon einmal etwas gehört, aber nur die wenigsten Hersteller scheinen Software zu entwickeln, die auch nachhaltig auf den Nutzer ausgerichtet ist. Gerade heute wird ein positives Nutzererlebnis immer stärker zum Erfolgsfaktor und stellt nachweislich ein ernst zunehmendes Kaufkriterium für viele Unternehmen dar. In der Smartphone-Ära sind die Nutzer ansprechende und gut nutzbare User Interfaces gewöhnt. Neue technische Errungenschaften wie beispielsweise die HoloLens beflügeln die Erwartungshaltung. Wirft man jedoch einen Blick z. B. in den Industriesektor, so erkennt auch der Laie einen massiven Nachholbedarf, obwohl die Megatrends Industrie 4.0 und Digitalisierung längst losgetreten sind.

Abb.1: Typische Benutzeroberfläche im Industriesektor. © David C. Thömmes
Abb.1: Typische Benutzeroberfläche im Industriesektor. © David C. Thömmes

Abb.1 zeigt eine typische 2D-Benutzeroberfläche, die den ein oder anderen Hersteller im Industriekontext vielleicht an seine eigenen Kreationen erinnert. Die abgebildete Benutzeroberfläche bietet zweifelsohne für jede Funktion einen Button und überzeugt mit einer angenehmen Ästhetik. Dem Nutzer ist die Bedienung sofort ersichtlich und die Erlernbarkeit der Oberfläche kann nur gut sein. Natürlich sind die vorherigen Aussagen sarkastisch gemeint. In dieser Situation tendieren mutige Hersteller dann doch irgendwann zur Neuprogrammierung der bestehenden Benutzeroberfläche. Dazu werden gerne moderne UI-Frameworks wie beispielsweise WPF mit XAML, Qt mit QML oder HTML5 mit AngularJS verwendet. Betrachtet man dann das Ergebnis der Neuprogrammierung, ist oft gar keine Verbesserung zu erkennen oder zu spüren. Schlechte Bedienkonzepte werden unreflektiert übernommen und so ist die Chance auf eine ordentliche Neugestaltung der Benutzeroberfläche vertan. Neue UI-Frameworks führen nicht automatisch zu einer ansprechenden sowie nutzbaren Benutzeroberfläche und einer positiven User Experience. Eine gute Benutzeroberfläche ist das Resultat eines interdisziplinären Designprozesses, der bewusst den Nutzer in den Mittelpunkt der Gestaltung stellt. Aber was genau bedeutet nun eigentlich User Experience?

User Experience

User Experience oder auch Nutzererlebnis beschreibt die Summe aller Erfahrungen, die ein Nutzer mit einem digitalen Produkt sammelt. Dies umfasst die Gesamtheit aller möglichen Berührungspunkte wie beispielsweise die Werbung, die Website, den Bestellvorgang, das Produktdesign oder die Installation. Zeitlich betrachtet ist das Nutzererlebnis nicht beschränkt auf die eigentliche Nutzung des Produktes, sondern gewinnt bereits im Vorfeld und nach der Nutzung an Relevanz. Da User Experience als ein ganzheitlicher Ansatz verstanden werden sollte, spiegelt der Begriff UX-Design ein interdisziplinäres Sammelsurium an unterschiedlichen Fähigkeiten wider. Das reine UI-Design ist lediglich eine Teildisziplin neben wichtigen Kerndisziplinen wie beispielsweise Interaktionsdesign, Produktdesign und Usability Engineering. Im Kern soll das Nutzererlebnis auf allen Ebenen optimal stimuliert werden. Für eine positive User Experience sollte jeder Berührungspunkt des Produktes mit der gleichen Qualität und Hingabe ausgefüllt sein. Reduziert man den umfassenden Begriff der User Experience lediglich auf Aspekte, die während der Nutzung relevant sind, ergeben sich weitere Facetten wie beispielsweise die Usability.

Usability

Oder zu deutsch: Gebrauchstauglichkeit ist zunächst einmal ein Bestandteil der Norm EN ISO 9241, welche Richtlinien der Mensch-Computer-Interaktion beschreibt. In dem Abschnitt 9241-11 wird Usability wie folgt definiert: "Usability ist das Ausmaß, in dem ein Produkt durch bestimmte Nutzer in einem bestimmten Nutzungskontext genutzt werden kann, um bestimmte Ziele effektiv, effizient und zufriedenstellend zu erreichen. [1]" Usability ist demnach abhängig davon, welche Nutzer das Produkt in welchem Arbeitsumfeld verwenden und welche Aufgaben gelöst werden. Dabei lassen sich die Faktoren Effektivität, Effizienz und Zufriedenheit betrachten.

Effektivität

Die Effektivität beschreibt, wie zielführend eine Aufgabe bearbeitet werden kann. Ist der Nutzer beispielsweise in der Lage, die Maschine nach seinen Anforderungen zu konfigurieren?

Effizienz

Der Faktor Effizienz drückt aus, mit welchen zeitlichen, wirtschaftlichen und kognitiven Aufwänden die Erreichung des Ziels verbunden ist. Wie lange benötigt der Nutzer, um einen Alarm im System zu finden? Wie viele Klicks sind für diesen Vorgang nötig? Wie anstrengend war die Suche für den Nutzer?

Zufriedenheit

Die Zufriedenheit ist eine subjektive Größe und entsteht, wenn die Erwartungen an ein Produkt oder System übertroffen werden. Positive Emotionen, Glücksgefühle und die Ästhetik spielen hier eine entscheidende Rolle.

Designprozess

Abb.2: User-centered Design. © David C. Thömmes
Abb.2: User-centered Design. © David C. Thömmes

Ein möglicher Prozess zur Sicherstellung einer guten Usability ist unter der englischsprachigen Bezeichnung User-centered Design (UCD) bekannt. UCD beschreibt einen hochgradig iterativen Designprozess, welcher bewusst die Bedürfnisse des Benutzers als Grundlage zur Gestaltung forciert. Die Kernidee besteht darin, dass zu Beginn möglichst viele Informationen über die verschiedenen Benutzergruppen zusammengetragen werden. Auf Grundlage der gesammelten Informationen folgt eine Designphase, in der Hypothesen u. a. in Form von Entwürfen, Konzepten und Screens ausgearbeitet werden. Anschließend werden die Erzeugnisse der Designphase mit verschiedenen empirischen oder analytischen Methoden evaluiert. Dabei wird geprüft, ob die gestalteten Hypothesen auch tatsächlich für den Nutzer funktionieren und welches Maß an Usability erreicht wurde. Mögliche Probleme werden durch diese Vorgehensweise aufgedeckt und je nach Bedarf durch den Rücksprung in eine vorherige Phase korrigiert. Durch das iterative Alternieren der verschiedenen Phasen ist die Weiterentwicklung der Erzeugnisse ein integraler Bestandteil des Prozesses. Stückweise findet eine Näherung an das für den Nutzer optimale Ergebnis statt. Je nach Unternehmen und Projekt werden unterschiedliche Auslegungen, Phasen und Methoden angewendet. Abb.2 zeigt eine mögliche UCD-Variante.

Nutzeranalyse

Abb.3: Ingenieur bei der Arbeit. © David C. Thömmes
Abb.3: Ingenieur bei der Arbeit. © David C. Thömmes

Oberstes Ziel der Nutzeranalyse ist es, den Nutzer und seine Bedürfnisse genau kennenzulernen und die so gewonnenen Erkenntnisse mit entsprechenden Dokumentationsmethoden aufzubereiten. Hierbei stehen vor allem Arbeitsprozesse, das Arbeitsumfeld und kontextuelle Rahmenbedingungen im Fokus. Abb.3 zeigt einen Ingenieur bei der Arbeit mit einem komplexen CAD-Programm. Mit der Durchführung einer Kontextanalyse beispielsweise wird das Arbeitsumfeld des Nutzers nahezu unverfälscht begreifbar. Dabei stellt die Kontextanalyse eine Kombination aus Beobachtung und anschließender Befragung dar. Der UX-Designer wird für einen Tag lang zum Schatten des Nutzers und begleitet diesen bei seiner alltäglichen Arbeit.

Design

Innerhalb der Designphase werden die Informationen und Ergebnisse aus der Analysephase in gestalterische Lösungen transformiert. Die Designphase untergliedert sich wiederum in die Ausarbeitung eines konzeptionellen sowie visuellen Designs. Das konzeptionelle Design einer Benutzeroberfläche dokumentiert entsprechende Designentscheidungen hinsichtlich der Navigationsstruktur, Informationsarchitektur, Interaktionsparadigmen, Controls und Layouts. Hierzu werden einzelne Screens gerne als sogenannte Wireframes oder auch Drahtgittermodelle visualisiert. Wichtige Bereiche der Benutzeroberfläche wie beispielsweise das Alarmsystem, die Hilfe oder die Statusanzeige werden gestaltet und angeordnet. In diesem Schritt ist die konkrete visuelle Ausgestaltung weniger relevant, da mit Hilfe von Wireframes bereits frühzeitig die Erhebung belastbaren Nutzerfeedbacks möglich ist. Ausgestaltete Screens mit Farben oder Effekten könnten von dem eigentlichen Konzept ablenken und den Eindruck verfälschen. Abb.4 zeigt ein konzeptionelles Design einer Motorensteuerung.

Nach dem konzeptionellen Design folgt das visuelle Design. Mit Formen, Farben, Schriften, Icons, Effekten, Proportionen und Anordnungen lässt sich ein erheblicher Einfluss auf die Wahrnehmung sowie Wertigkeit einer Benutzeroberfläche nehmen. Diese Attribute werden im Rahmen des visuellen Designs in einer wohldefinierten Komposition arrangiert und verleihen der Benutzeroberfläche erst ihr Aussehen. Hier entsteht der wichtige Ersteindruck, noch lange bevor Usability oder Funktionalität eine Rolle spielen.

Abb.4: Konzeptionelles Design zur Motorsteuerung. © David C. Thömmes
Abb.4: Konzeptionelles Design zur Motorsteuerung. © David C. Thömmes

Evaluierung

Die Ergebnisse der Designphase sind ohne entsprechende Evaluierung stets eine Hypothese. Interaktive Prototypen erlauben die Evaluierung dieser Ergebnisse beispielsweise im Rahmen eines Usability-Tests. Dazu werden die vorhandenen statischen Screens als interaktive Software-Fragmente implementiert und reale Nutzer mit einem Prototyp konfrontiert. Die rekrutierten Nutzer erhalten konkrete Aufgabenstellungen und werden während der Nutzung des Produktes beobachtet. Klassisch wird ein Usability-Test in einem Usability-Labor durchgeführt. Während sich ein Nutzer im dem sog. Nutzerraum befindet, beobachtet der UX-Designer die Geschehnisse aus einem zweiten Zimmer. Zur Unterstützung und Protokollierung wird das Video-, Screen- sowie Audio-Signal aus dem Nutzerraum übertragen.

Als kostengünstige Alternative zum klassischen Usability-Test etabliert sich immer stärker die Methode der Fokusgruppe. Eine Fokusgruppe ist eine moderierte Gruppendiskussion mit entsprechenden Nutzern. Meist werden über einen Tag verteilt mehrere Designhypothesen offen in der Gruppe diskutiert und mit Hilfe von Wireframes, Screens und interaktiven Prototypen erlebbar präsentiert. Dabei erhalten die Nutzer die Möglichkeit, neue Bedienkonzepte einmal live auszuprobieren und gewonnene Erfahrungen direkt mit anderen Nutzern zu teilen. Durch die Dynamik der Gruppe entsteht schnell Nutzerfeedback und entsprechende Probleme, Bedenken und Anmerkungen können transparent besprochen werden.

IT-Tage 2017 - Softwareentwicklung

Spezifikation und Implementierung

Abb.5: Button Bemaßungen. © David C. Thömmes
Abb.5: Button Bemaßungen. © David C. Thömmes

Nachdem das Design durch entsprechende Methoden evaluiert wurde, folgt die Aufbereitung und Dokumentation für die Entwicklung. Typischerweise wird hierzu ein Style-Guide geschrieben. Dieser enthält neben grundlegenden Designressourcen wie etwa Farben, Schriften und Control-Spezifikationen auch Guidelines zur Verwendung der Controls und allgemeine Usability-Hinweise. Style-Guide-Dokumente geraten leicht sehr umfangreich. Entsprechend hoch ist der Herstellungsaufwand bei gleichzeitig geringerer Konsumierbarkeit. Um schneller den Sprung in die Entwicklung zu schaffen, setzen sich leichtgewichtige Spezifikationen immer mehr durch. Diese werden auch Design Manuals genannt. Sie enthalten in der Regel nur die essenziellen Schnittstellen zwischen Design und Entwicklung und sind bewusst auf das Wesentliche reduziert. Abb.5 zeigt einen Button mit Bemaßungen.

Mit dem Abschluss der Spezifikation endet der eigentliche Designprozess. Doch dies ist nur die halbe Miete. Nun erfolgt meist parallel zum übergreifenden Entwicklungsprojekt die technische Umsetzung der Benutzeroberfläche. Dabei zählt jeder Pixel und jeder Abstand. Je nach Umfang und Komplexität des Designs ergeben sich interessante Herausforderungen für die Rolle des UI-Engineers. Gerade mit modernen UI-Frameworks können heute ansprechende und reichhaltige Benutzeroberflächen mit einem vernünftigen Aufwand realisiert werden. Beispielsweise bietet WPF mit Styles, Data Templates und Control Templates unglaubliche Möglichkeiten [2]! Auch bei Qt hat sich mit QtQuick und QML einiges getan [3], wodurch sich neue Perspektiven für die technische Realisierung ergeben.

Fazit

Für den Nutzer ist die Benutzeroberfläche das Gesicht der Anwendung. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich bei der Anwendung um eine Maschinensteuerung oder ein komplexes ERP-System handelt. Dem Nutzer gefällt, was einfach zu bedienen und schön anzusehen ist. Doch ein positives Nutzererlebnis ist kein Zufall, sondern das Resultat eines soliden Designprozesses und einer gekonnten technischen Umsetzung.

Zudem ist die Welt der Nutzer mittlerweile massiv im Wandel. Digitalisierung und Industrie 4.0 sind die neuen Kurstreiber. Nahezu monatlich erscheinen neue Geräte mit innovativen Interaktionsparadigmen, wie beispielsweise die Leap Motion oder die Apple Watch. Hinzu kommt der große Trend der künstlichen Intelligenz gepaart mit Sprach-Interfaces wie etwa Google Home oder Amazon Alexa. Die Innovationen sind da, jedoch wäre für viele Hersteller die Entwicklung einer zeitgemäßen 2D-Benutzeroberfläche schon ein Fortschritt. Es wird Zeit für Veränderung.

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Autor

David C. Thömmes

David C. Thömmes hat durch die Arbeit an unterschiedlichen Projekten mit diversen Technologien fundierte Kenntnisse in der Entwicklung von Desktop-, Web-, Embedded- und Mobile-Anwendungen.
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