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Benutzerschnittstellen zur Einstellung von Führungsgrößen finden sich heute in Kontrollräumen unterschiedlichster technischer Anlagen, etwa in Kraftwerken oder Fabriken. Sie dienen vorrangig der Überwachung, der Diagnose sowie dem Eingriff in die jeweiligen technischen Prozesse. So besteht eine wesentliche Aufgabe der Operatoren, d. h. der Bediener der Benutzerschnittstellen im Kontrollraum, in der Kontrolle der jeweils kritischen Prozessvariablen wie z. B. Stromlasten, Umdrehungszahl, Druck, Temperatur oder Füllstand von Elementen der jeweiligen technischen Anlage.
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Zur Einstellung dieser Prozessvariablen stellt der Operator zugehörige Führungsgrößen ein, welche anschließend von der Benutzerschnittstelle an die jeweiligen technischen Systeme übermittelt werden. Unter dem Begriff Führungsgrößen werden im Folgenden im Kontext der Regelung sowohl feste Sollwerte als auch zeitlich veränderliche Sollwerte (d. h. Zielfunktionen) verstanden. Der Begriff soll ferner auch andere Größen im Regelkreis umfassen, da es ggf. nutzbringend ist, Steuergrößen oder Stellgrößen einzelner Regelkreisglieder von Hand einzustellen, oder sogar die Regelgröße selbst direkt zu visualisieren und zu steuern.
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In letzterem Fall wird dem Operator die Regelgröße über die Benutzerschnittstelle ausgegeben. Er zeigt durch eine Interaktion an, dass er die Regelgröße steigern möchte, woraufhin im Hintergrund geeignete Sollwerte an die technische Anlage ausgegeben werden, bis die Regelgröße den gewünschten Anstieg vollzogen hat.
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Weiterhin soll der Begriff Führungsgröße auch diejenigen Eingangsgrößen und Stellgrößen umfassen, welche zur einfachen Steuerung ohne Rückkopplung, d. h. ohne Regelung, von Elementen der technischen Anlage an diese ausgegeben werden.
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Die Führungsgrößen können auch Intervalle angegeben, in denen sich der Ist-Wert der Regelgröße bewegen darf. Ferner können die Führungsgrößen auch für feste Zeitpunkte oder für vorgegebene Zeitabschnitte definiert werden. Bei komplexen Anlagen können hunderte oder tausende Führungsgrößen aller genannten Arten zum Einsatz kommen.
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Auch in anderen technischen Gebieten müssen Führungsgrößen durch Benutzerschnittstellen zum jeweiligen System eingestellt werden – als Beispiel aus der Medizintechnik mag hier die Regelung der Durchflussgeschwindigkeit einer Saugspülvorrichtung zur Phakoemulsifikation bei Augenoperationen genügen. Dies wird beispielsweise durch einen Drehregler realisiert.
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In Kontrollräumen sind Windows-basierte Benutzerschnittstellen üblich, welche Prozessvariablen bzw. Kontrollelemente in Form von Piktogrammen auf einem Anlagenplan oder Schaltplan in virtuellen Fenstern darstellen. In einem ersten Bedienschritt verwendet der Operator zur Selektion eines Piktogramms als Eingabegerät eine Maus, über welche er einen Mauszeiger über dem Piktogramm positioniert und dies durch einen Tastenklick bestätigt. Daraufhin werden Informationen über Anlagen- und/oder Prozesszustände, welche dem Piktogramm zugeordnet sind, in einem virtuellen Bedienfenster geöffnet. Dort lassen sich die jeweiligen Prozessvariablen in einem zweiten Bedienschritt durch den Operator direkt einstellen oder zumindest beeinflussen, indem geeignete Führungsgrößen gesetzt werden. Beispielsweise können auf diese Weise Druck oder Temperatur in einem Kessel verändert werden.
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Auch für den zweiten Bedienschritt nutzen die bekannten Windows-basierten Benutzerschnittstellen Tastatur und Maus. Beispielsweise wird ein Eingabefeld mit der Maus angewählt, bevor dort ein numerischer Wert mit der Tastatur eingegeben wird. Unterschiedliche Widgets bzw. Komponenten der Windowsbasierten Benutzerschnittstelle kommen hierbei zum Einsatz, welche beispielsweise eine Zifferneingabe bzw. eine Inkrementierung oder Dekrementierung eines Werts per Tastatur oder auch per Mausklick ermöglichen.
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Im Bereich mobiler Endgeräte für den Endkonsumenten ist etwa das iPhone bekannt, welches eine berührungsbasierte Eingabe ermöglicht. Das iPhone stellt numerische Werte, etwa ein Kalenderdatum, mit einem ”Picker”-Element auf virtuellen Rollen dar, welche ein Benutzer zur Auswahl der gewünschten Daten vertikal scrollen kann.
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Es stellt sich die Aufgabe, eine Benutzerschnittstelle und ein Verfahren zur Einstellung mindestens einer Führungsgröße einer technischen Anlage anzugeben, welches eine effizientere Einstellung der Führungsgrößen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Benutzerschnittstelle gelöst, welche eine Schnittstelle aufweist, welche zu einer Ausgabe der mindestens einen Führungsgröße an eine technische Anlage eingerichtet ist. Die Benutzerschnittstelle ist gekennzeichnet durch einen Tastschirm und einen Mikroprozessor, welcher zur Berechnung einer Darstellung mindestens einer Form programmiert ist, insbesondere eines Kreises, Dreiecks, Quadrats, Balkens, oder Icons, welche Werte der mindestens einen Führungsgröße auf dem Tastschirm visualisiert, wobei die Fläche der Form auf dem Tastschirm mit dem Wert der jeweiligen Führungsgröße positiv korreliert. Weiterhin ist der Mikroprozessor zur Verarbeitung einer Benutzerinteraktion programmiert, welche die Darstellung der Form auf dem Tastschirm skaliert, wobei der Wert der mindestens einen Führungsgröße entsprechend der positiven Korrelation angepasst wird.
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Bei dem Verfahren wird mindestens eine Führungsgröße über eine Schnittstelle an eine technische Anlage, insbesondere kontinuierlich, ausgegeben. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroprozessor eine Darstellung mindestens einer Form berechnet, insbesondere eines Kreises, Dreiecks, Quadrats, Balkens, oder Icons, welche Werte der mindestens einen Führungsgröße auf dem Tastschirm visualisiert, wobei die Fläche der Form auf dem Tastschirm mit dem Wert der jeweiligen Führungsgröße positiv korreliert. Ferner verarbeitet der Mikroprozessor eine Benutzerinteraktion, welche die Darstellung der Form auf dem Tastschirm skaliert, wobei der Wert der mindestens einen Führungsgröße entsprechend der positiven Korrelation angepasst wird.
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Die Benutzerschnittstelle und das Verfahren haben den Vorteil, dass im Gegensatz zu einer Bedienung per Maus und Tastatur eine realitätsbezogene Manipulation der Führungsgrößen möglich wird, da mit dem Tastschirm direkt und kontextbezogen interagiert wird. So entspricht der Zuwachs eines Werts im Alltag häufig einer Zunahme einer zugehörigen Fläche, so dass hier auf ein Modell aus der realen Welt zurückgegriffen wird. Dies erhöht eine unmittelbare körperliche Erfahrbarkeit der Führungsgrößen bei der Einstellung. Der selbsterklärende Zusammenhang zwischen der Größe der Form und dem Wert der Führungsgröße ermöglicht zum einen eine Erwartungs-konforme Interaktion, zum anderen eine schnelle Wahrnehmung der Führungsgrößen.
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Weiterhin bietet der optionale Verzicht auf Tastatur und Maus den Vorteil des kollaborativen Arbeitens, da der Zugriff nicht mehr über ein Eingabemedium beschränkt wird, welches jeweils nur eine Person bedienen kann. Stattdessen wird eine synchrone Mehrbenutzereingabe ermöglicht, welche die in sicherheitskritischen Anwendungen erforderlichen schnellen Zugriffe besonders gut unterstützt. Gerade bei abnormalen Betriebszuständen entfaltet die synchrone Mehrbenutzereingabe an Planungstischen oder anderen Arbeitsplätzen ihr volles Potential.
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Die synchrone Mehrbenutzereingabe wird jedoch erst durch die Benutzerschnittstelle und das Verfahren möglich, da sie das hierzu erforderliche Interaktionskonzept bereitstellen und so den Einsatz eines Tastschirms erst ermöglichen. Das Verfahren und die Benutzerschnittstelle erfüllen die hohen Anforderungen in Bezug auf Sicherheit und Arbeitseffizienz, welche der Einsatz in Kontrollräumen oder Leitwarten mit sich bringt.
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Entscheidend ist hierbei die Möglichkeit, mithilfe der Benutzerschnittstelle und des Verfahrens Führungsgrößen sowohl schnell als auch akkurat einzugeben. Bisher bekannte Interaktionskonzepte wie das zuvor genannte ”Picker”-Element des iPhone erweisen sich diesbezüglich als unzulänglich, da die verwendeten Gesten die Werte entweder zu langsam oder zu unkontrolliert einstellen.
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In einer Weiterbildung ist der Mikroprozessor programmiert, als Benutzerinteraktion Berührungen von einer Anzahl von Fingern auszuwerten, wobei die Geschwindigkeit der Skalierung mit der Anzahl der Finger positiv oder negativ korreliert.
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Dies bedeutet beispielsweise, dass ein Skalieren der Form mit nur einem oder zwei Fingern langsamer erfolgt, als wenn hierzu drei oder mehr Finger verwendet werden. Der Einsatz von mehreren Fingern bei der Benutzerinteraktion ermöglicht somit besonders schnelle Werteänderungen. Eine Eingabe mit nur ein oder zwei Fingern erzielt dagegen die höchste Genauigkeit.
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In der Folge stellt diese Weiterbildung einem Benutzer eine Auswahlmöglichkeit für die Auflösung oder Genauigkeit bereit, mit der er die Führungsgrößen einstellen kann. Für eine schnelle, aber ungenaue Einstellung wählt er viele Finger, wohingegen eine Interaktion mit wenigen Fingern eine Fein-Einstellung ermöglicht. Dieser Zusammenhang kann auch umgekehrt implementiert werden, sodass die Geschwindigkeit der Skalierung bei zunehmender Anzahl der Finger abnimmt.
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Diese Auswahlmöglichkeit ermöglicht es dem Benutzer, selbst einen geeigneten Schwerpunkt zwischen den konfliktierenden Dimensionen ”Geschwindigkeit” und ”Präzision” für seine Interaktion zu wählen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die technische Anlage eine Energieversorgungsanlage, eine Energieverteilanlage, eine Telekommunikationsanlage, eine Verkehrsüberwachungsanlage, eine Flugsicherungsanlage, ein Bahnleitsystem, ein Straßenverkehrsleitsystem, eine Fabrik, eine verfahrenstechnische Anlage, eine Automatisierungsanlage, eine Heizungsanlage, eine Hausautomatisierungsanlage, einen Synthesizer, ein medizinisches Gerät oder mehrere dieser Anlagen oder Systeme.
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In einer Weiterbildung ist der Tastschirm als Tablett, Monitor, Tisch, Flachbildschirm oder Projektionsfläche ausgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Tastschirm ausgeführt als LCD-, LED- oder OLED-Berührungsbildschirm, welcher mit einer Anzahl optischer Sensoren, insbesondere jeweils einem Infrarotsensor pro Bildpunkt, zur Berührungserkennung ausgerüstet ist. Alternativ ist er ein resistiver, kapazitiver oder induktiver Berührungsbildschirm, oder eine Projektionsanzeige, -fläche oder -scheibe, welche durch einen Projektor bestrahlt und durch mindestens einen optischen Sensor, insbesondere eine Mehrzahl von Infrarotkameras, zur Berührungserkennung abgetastet wird.
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In einer Weiterbildung gibt der Mikroprozessor auf dem Tastschirm eine Struktur aus einer Vielzahl von Elementen wieder, wobei ein Benutzer die jeweiligen Elemente durch Berührung selektieren kann, woraufhin der Mikroprozessor für eine Anzahl von Führungsgrößen, welche dem selektierten Element zugeordnet sind, das Verfahren durchführt.
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Auf dem computerlesbaren Datenträger ist ein Computerprogramm gespeichert ist, welches das Verfahren ausführt, wenn es in einem Computer abgearbeitet wird.
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Das Computerprogramm wird in einem Computer abgearbeitet und führt dabei das Verfahren aus.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren,
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2 eine Berührungsgeste zum Kleiner-Skalieren,
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3 eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren mit einem Finger,
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4a eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren mit vier Fingern in einer Ausgangsposition,
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4b eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren mit vier Fingern in einer Endposition,
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5a eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren mit zwei Fingern in einer Ausgangsposition,
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5b eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren mit zwei Fingern in einer Endposition, und
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6 ein Ausführungsbeispiel einer Benutzerschnittstelle zur Einstellung mindestens einer Führungsgröße einer technischen Anlage.
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1 zeigt eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren sowie 2 eine Berührungsgeste zum Kleiner-Skalieren. Diese Gesten sind beispielsweise von der Steuerung von Multitouch-Geräten wie dem iPhone bekannt. Sie werden auf einem Tastschirm durchgeführt. Ein Tastschirm ist ein kombiniertes Ein- und Ausgabegerät, welches einem Benutzer eine Eingabe durch Berührung von Elementen eines dargestellten Bildes mit einem speziellen Stift oder seinen Fingern bzw. Fingerkuppen erlaubt.
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3 zeigt eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren mit lediglich einem Finger. Dabei wird eine virtuelle Benutzeroberfläche 1 durch einen Mikroprozessor, beispielsweise einen Mikroprozessor eines Tabletts, PCs oder Servers, auf einem Tastschirm dargestellt. Hierzu berechnet der Mikroprozessor unter anderem eine Darstellung mindestens einer Form 2, hier eines Kreises. Alternativ könnte beispielsweise auch eine Darstellung für ein Dreieck, ein Quadrat, einen Balken oder ein Icon berechnet werden. Auch dreidimensionale Formen, welche auf einem 3D-Tastbildschirm räumlich ausgegeben oder zweidimensional auf einem herkömmlichen Tastschirm dargestellt werden, können berechnet und dargestellt werden. In jedem Fall muss berechnet werden, wie die Form auf Bildpunkte des Tastschirms abgebildet wird, d. h. welche Bildpunkte des Tastschirms angesteuert werden müssen, um die Form darzustellen. Hierzu sind zahlreiche Algorithmen aus dem Stand der Technik bekannt, die auch die Abbildung dreidimensionaler Formen mit einschließen.
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Die Form 2 visualisiert einen Wert einer Führungsgröße wie eingangs definiert, wobei die Fläche der Form 2 auf dem Tastschirm mit dem Wert der Führungsgröße positiv korreliert. Ferner verarbeitet der Mikroprozessor eine Benutzerinteraktion, welche die Fläche der Form auf dem Tastschirm skaliert, wobei der Wert der Führungsgröße entsprechend der positiven Korrelation angepasst wird.
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Hierzu kann ein Benutzer beispielsweise mit einem Finger 3 auf die virtuelle Benutzeroberfläche 1 tippen, woraufhin der Umriss der Form 2 bis zu diesem Punkt ausgedehnt oder verkleinert wird. Alternativ kann der Benutzer den Umriss oder die Fläche der Form 2 berühren und dann seinen Finger 3 nach außen oder innen ziehen (gemessen am Mittelpunkt des Form 2), wodurch die Form 2 entsprechend vergrößert oder verkleinert wird.
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Die Führungsgröße wird entsprechend einer positiven Korrelation, beispielsweise proportional zum Durchmesser oder der Fläche der Form 2 und entsprechend der Änderung der Darstellung der Form 2 neu berechnet und über eine Schnittstelle an eine technische Anlage ausgegeben. Dies kann auch kontinuierlich erfolgen. Ein numerischer Wert 4 der Führungsgröße wird zudem innerhalb der Form 2 auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 ausgegeben und auch während der Interaktion bzw. Skalierung fortlaufend aktualisiert.
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4a zeigt eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren mit vier Fingern 3 in einer Ausgangsposition. Als numerischer Wert 4 einer Führungsgröße, welche positiv mit der Fläche einer Form 2 auf einer virtuellen Benutzeroberfläche 1 korreliert, ist hier 25,10 angegeben. 4b zeigt die Berührungsgeste aus 4a in einer Endposition. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Als numerischer Wert 4 der Führungsgröße wird nun 55,50 angegeben. Der Wert der Führungsgröße hat sich deutlich erhöht, da die Darstellung der Form 2 auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 durch die Berührungsgeste deutlich größer skaliert wurde. Als positive Korrelation wird beispielsweise ein linearer, monotonstetiger oder proportionaler Zusammenhang zwischen der Fläche, dem Radius, dem Umfang oder dem Durchmesser der Form 2 einerseits und dem Wert der Führungsgröße andererseits berechnet. Um die Darstellung der Form 2 zu skalieren, muss ein Benutzer nur seine Fingerkuppen auf den Rand der Form 2 oder auf die Fläche der Form 2 legen und diese dann auseinander bewegen. Da der Benutzer hier insgesamt vier Finger 3 für die Geste verwendet, wird die Skalierung mit großer Geschwindigkeit durchgeführt. Der Einsatz von mehreren Fingern 3 bei der Benutzerinteraktion ermöglicht somit besonders schnelle Werteänderungen.
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5a zeigt eine Berührungsgeste zum Größer-Skalieren mit zwei Fingern 3 in einer Ausgangsposition. Als numerischer Wert 4 einer Führungsgröße, welche positiv mit der Fläche einer Form 2 auf einer virtuellen Benutzeroberfläche 1 korreliert, ist erneut 25,10 angegeben. 5b zeigt die Berührungsgeste aus 5a in einer Endposition. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Als numerischer Wert 4 der Führungsgröße wird nun 40,10 angegeben. Obwohl die Finger 3 im Vergleich zu 4b die gleiche Distanz zurückgelegt haben, hat sich der Wert der Führungsgröße deutlich weniger erhöht, da die Darstellung der Form 2 auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 durch die Berührungsgeste nur wenig größer skaliert wurde. Da der Benutzer hier nur zwei Finger 3 für die Geste verwendet, wird die Skalierung mit geringer Geschwindigkeit durchgeführt. Dies bedeutet, dass ein Skalieren der Form 2 mit nur zwei Fingern 3 langsamer erfolgt, als wenn hierzu drei oder mehr Finger 3 verwendet werden. Eine Eingabe mit nur zwei Fingern 3 erzielt also die höchste Genauigkeit.
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Somit kann ein Benutzer eine Auflösung bzw. Genauigkeit auswählen, mit der er die Führungsgrößen einstellen kann. Für eine schnelle, aber ungenaue Einstellung führt der die Geste mit vielen Fingern 3 aus, wohingegen eine Interaktion mit wenigen Fingern eine Fein-Einstellung ermöglicht. Dieser Zusammenhang kann auch umgekehrt implementiert werden, sodass die Einstellung umso langsamer und genauer erfolgt, je mehr Finger 3 bei der Geste verwendet werden.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Benutzerschnittstelle zur Einstellung mindestens einer Führungsgröße einer technischen Anlage 7. Die technische Anlage 7 umfasst beispielsweise eine Energieversorgungsanlage, eine Energieverteilanlage, eine Telekommunikationsanlage, eine Verkehrsüberwachungsanlage, eine Flugsicherungsanlage, ein Bahnleitsystem, ein Straßenverkehrsleitsystem, eine Fabrik, eine verfahrenstechnische Anlage, eine Automatisierungsanlage, eine Heizungsanlage, eine Hausautomatisierungsanlage, einen Synthesizer, ein medizinisches Gerät oder mehrere dieser Anlagen oder Systeme.
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6 zeigt hierzu einen Tastschirm 5, welcher in einem Tisch eingebaut ist. Er ist mit einem Rechner 9 verbunden, der auch eine Schnittstelle 8 aufweist, welche zu einer Ausgabe mindestens einer Führungsgröße wie eingangs definiert an die technische Anlage 7 eingerichtet ist. Der Rechner 9 enthält einen Mikroprozessor 6, welcher zur Berechnung einer Darstellung mindestens einer Form 2 programmiert ist, insbesondere eines Kreises, Dreiecks, Quadrats, Balkens, oder Icons, welche Werte der mindestens einen Führungsgröße auf einer virtuellen Benutzeroberfläche 1 auf dem Tastschirm 5 visualisiert, wobei die Fläche der Form 2 auf dem Tastschirm 5 mit dem Wert der jeweiligen Führungsgröße positiv korreliert. Weiterhin ist der Mikroprozessor 6 zur Verarbeitung einer Benutzerinteraktion programmiert, welche die Darstellung der Form 2 auf dem Tastschirm wie zuvor beschrieben skaliert, wobei der Wert der mindestens einen Führungsgröße entsprechend der positiven Korrelation angepasst wird.
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In einer Weiterbildung gibt der Mikroprozessor 6 auf dem Tastschirm 5 eine Struktur aus einer Vielzahl von Elementen wieder, wobei ein Benutzer die jeweiligen Elemente durch Berührung selektieren kann, woraufhin der Mikroprozessor 6 für eine Anzahl von Führungsgrößen, welche dem selektierten Element zugeordnet sind, die zuvor beschriebene Einstellung bereitstellt.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Weiterbildungen und Ausführungsformen können frei miteinander kombiniert werden.
