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Die Erfindung betrifft eine Benutzerschnittstelle mit einem mittels Berührung durch einen Benutzer-bedienbaren Tastschirm.
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Berührungsempfindliche Tastschirme in der Form von Touch- bzw. Multitouch-Displays werden in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten zur Wiedergabe und Manipulation von Informationen eingesetzt. Mit solchen Tastschirmen können über dessen Berührung durch einen Benutzer verschiedene Bedienaktionen durchgeführt werden. Eine mögliche Bedienaktion ist die Veränderung von Parametern über die Berührung des Tastschirms, z.B. über eine auf dem Tastschirm angezeigte Tastatur bzw. Plus/Minus-Pfeile, über welche der Wert eines Parameters variiert werden kann. Es erweist sich dabei als nachteilig, dass die Einstellung des Werts oft mit einer Vielzahl von Berührungs-Interaktionen des Benutzers verbunden ist, was leicht zu Fehlern bei der Eingabe führen kann.
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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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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Benutzerschnittstelle und ein Verfahren zur rechnergestützten Ansteuerung einer Benutzerschnittstelle zu schaffen, mit denen Führungsgrößen einfach und intuitiv eingestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Benutzerschnittstelle gemäß Patentanspruch 1 bzw. ein Verfahren zum Ansteuern einer Benutzerschnittstelle gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße Benutzerschnittstelle umfasst einen mittels Berührung durch einen Benutzer bedienbaren Tastschirm sowie einen Mikroprozessor, über welchen der Tastschirm zur Einstellung einer Anzahl von Parametervektoren (d. h. Gruppen von Parametern) bestehend aus jeweils einem oder mehreren Parametern betrieben werden kann, in dem auf dem Tastschirm die Werte des oder der Parameter aus einem, dem jeweiligen Parameter zugeordneten Parameterwertebereich visualisiert werden und durch eine Bedienung des Benutzers einstellbar sind.
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Die Benutzerschnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Objekt umfasst, welches auf dem Tastschirm platzierbar und dort drehbar ist, wobei die Benutzerschnittstelle eingerichtet ist, eine Drehung des Objekts auf dem Tastschirm zu erkennen und einen Drehwinkel für die Drehung zu ermitteln.
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Weiterhin ist der Mikroprozessor so programmiert, dass ein jeweiliger Parametervektor auf dem Tastschirm durch eine der Anzahl von Parametern des jeweiligen Parametervektors entsprechende Anzahl von Ringelementen so dargestellt wird, dass sie das Objekt umschließen, wobei ein jeweiliges Ringelement einem Parameter zugeordnet ist und als zumindest ein Teil eines Rings wiedergegeben ist. In einer bevorzugten Variante ist dabei ein Ringelement als ein ganzer Ring mit einer Winkelerstreckung von 360º dargestellt.
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Die Werte des Parameters aus dem Parameterbereich für ein jeweiliges Ringelement werden erfindungsgemäß über Positionen entlang des Umfangs des jeweiligen Ringelements codiert. Eine Drehung des Objekts auf dem Tastschirm bewirkt, dass der Parameter in Abhängigkeit von einem für die Drehung ermittelten Drehwinkel auf den Wert der entsprechenden Position entlang des Umfangs des jeweiligen Ringelements eingestellt wird.
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Bei dem Verfahren zur rechnergestützten Ansteuerung einer Benutzerschnittstelle umfasst diese einen mittels Berührung durch einen Benutzer bedienbaren Tastschirm und einen Mikroprozessor. Letzterer stellt auf dem Tastschirm eine Anzahl von Parametervektoren bestehend aus jeweils einem oder mehreren Parametern ein, indem er auf dem Tastschirm die Werte des oder der Parameter aus einem, dem jeweiligen Parameter zugeordneten Parameterwertebereich visualisiert und in Abhängigkeit von einer Bedienung des Benutzers einstellt.
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Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor eine Drehung eines losen Objekts, welches auf dem Tastschirm platziert und dort gedreht wird, erkennt und einen Drehwinkel für die Drehung ermittelt, einen jeweiligen Parametervektor auf dem Tastschirm so durch eine der Anzahl von Parametern des jeweiligen Parametervektors entsprechende Anzahl von Ringelementen darstellt, dass sie das Objekt umschließen, wobei ein jeweiliges Ringelement einem Parameter zugeordnet ist und als zumindest ein Teil eines Rings wiedergegeben wird, die Werte des Parameters aus dem Parameterwertebereich für ein jeweiliges Ringelement über Positionen entlang des Umfangs des jeweiligen Ringelements codiert, und in Abhängigkeit von einem für eine Drehung des Objekts auf dem Tastschirm ermittelten Drehwinkel den Parameter auf den Wert der entsprechenden Position entlang des Umfangs des jeweiligen Ringelements einstellt.
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Die erfindungsgemäße Benutzerschnittstelle ermöglicht eine einfache und intuitive Veränderung von Parametern über eine entsprechende Drehung des Objekts. Dies wird dadurch ermöglicht, dass über die Umfangspositionen des Ringelements die Werte aus dem Parameterwertebereich des Parameters codiert sind.
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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 Objekt auf dem Tastschirm direkt und kontextbezogen interagiert wird. Die Verwendung eines Drehreglers ist aus dem Alltag wohlbekannt, so dass hier auf ein Modell aus der realen Welt zurückgegriffen wird. Dies erhöht eine unmittelbare körperliche Erfahrbarkeit der Führungsgrößen bei der Einstellung und ermöglicht eine Erwartungskonforme Interaktion.
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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 Planungstisches 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 der erfindungsgemäßen Benutzerschnittstelle ist der Parameterwertebereich des entsprechenden Parameters durch eine vorgegebene Reihenfolge von Werten gegeben. Vorzugsweise werden diese Werte entsprechend dieser Reihenfolge auf den Umfang des dem Parameter zugeordnetem Ringelements (d. h. im oder gegen den Uhrzeigersinn) abgebildet. Der Parameterwertebereich kann sich auf beliebige Größen beziehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Parameterwertebereich eines oder mehrerer Parameter zumindest eines Parametervektors durch einen numerischen Wertebereich gegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst zumindest ein Parametervektor einen numerischen Wert aus Vorkommastelle und Nachkommastelle, wobei die Vorkommastelle und die Nachkommastelle jeweilige Parameter des Parametervektors darstellen. Diese können somit erfindungsgemäß über separate Ringelemente in geeigneter Weise eingestellt werden, so dass eine feine Justierung des entsprechenden numerischen Werts erreicht wird.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch die Erstreckung eines jeweiligen Ringelements in Umfangsrichtung der gesamte Parameterwertebereich des zum Ringelement gehörigen Parameters codiert. Hierdurch wird dem Benutzer auf einfache Weise visuell der Parameterwertebereich über die Ausdehnung der Ringelemente vermittelt. Dies stellt beispielsweise gegenüber dem "Picker"-Element des iPhone einen erheblichen Vorteil dar.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Benutzerschnittstelle umfasst zumindest ein Parametervektor mehrere Parameter, wobei die den Parametern zugeordneten Ringelemente konzentrisch um das Objekt angeordnet sind. Hierdurch wird eine kompakte Wiedergabe der einstellbaren Parameter eines Parametervektors auf dem Tastschirm erreicht.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an einer oder mehreren Positionen entlang eines jeweiligen Ringelements der der jeweiligen Position entsprechende Wert des Parameters in textueller Form (d. h. basierend auf Schriftzeichen und insbesondere numerischen Ziffern) wiedergegeben, wodurch dem Benutzer Anhaltspunkte gegeben werden, wie sich die Werte der Parameter bei der Drehung des Berührungselements verändern.
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In einer weiteren Variante der Erfindung werden die eingestellten Werte der Parameter auf dem Tastschirm ferner in textueller Form wiedergegeben, so dass der Benutzer bei der Manipulation des Berührungselements sofort visuell eine Rückmeldung über den gerade eingestellten Wert bekommt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist durch Berührung eines Bereichs auf dem Tastschirm jeder der Parameter zur Einstellung ausgewählbar. So kann beispielsweise eine Vorkommastelle oder eine Nachkommastelle durch einfaches Antippen zugehöriger Zahlenwerte oder auch der jeweiligen Ringelemente auf dem Tastschirm zur anschließenden Einstellung ausgewählt werden. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da sie es erlaubt, mehrere Ringe Konzentrisch um das Objekt anzuordnen und so mit einem Objekt an Ort und Stelle unterschiedliche Parameter einzustellen.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Benutzerschnittstelle wird das Segment des jeweiligen Ringelements zwischen Anfangswert des Parameterwertebereichs und der dem eingestellten Wert des Parameters entsprechenden Position auf dem Umfang des Ringelements visuell hervorgehoben. Das Segment stellt somit einen entsprechenden Sektor eines Rings dar. Beispielsweise wird dieses Segment in einer anderen Farbe als der restliche Bereich des Ringelements dargestellt. Hierdurch kann nach Art eines Füllzustands der aktuelle Wert des Parameters für das entsprechende Ringelement wiedergegeben werden.
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In einer bevorzugten Variante umfassen der oder die Parameter eines jeweiligen Parametervektors Führungsgrößen einer technischen Anlage, wobei die Benutzerschnittstelle über eine Schnittstelle derart mit der technischen Anlage wechselwirkt, dass sie neu eingestellte Führungsgrößen an die technische Anlage übermittelt, woraufhin die technische Anlage die neuen Einstellungen zur Steuerung oder Regelung übernimmt.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform kann der Tastschirm der Benutzerschnittstelle derart betrieben werden, dass auf dem Tastschirm eine Struktur aus einer Vielzahl von Elementen und insbesondere einer technischen Anlage wiedergegeben ist, wobei ein Benutzer die jeweiligen Elemente über eine Benutzerinteraktion selektieren kann, woraufhin für eine Anzahl von Parametervektoren, welche dem selektierten Element zugeordnet sind, in den Einstellmodus gewechselt wird. In diesem Modus können dann die Parameter der entsprechenden Parametervektoren wie oben beschrieben über Ringelemente visualisiert und Berührungselemente verstellt werden.
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Die technische Anlage, welche auf dem Tastschirm wiedergegeben ist bzw. deren Parameter eingestellt werden, kann beliebige Anwendungsgebiete betreffen. In einer bevorzugten Variante stellt die Struktur eine technische Anlage dar, wobei der Begriff der technischen Anlage weit zu verstehen ist und ein verzweigtes Netz aus verschiedenen technischen Komponenten umfassen kann, 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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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 und/oder zur Erkennung der Position und Ausrichtung des Objekts ausgerüstet ist. Alternativ ist eine Projektionsanzeige, -fläche oder -scheibe, welche durch einen Projektor bestrahlt und durch mindestens einen optischen Sensor, insbesondere eine Mehrzahl von Infrarotkameras, zur Berührungserkennung und/oder zur Erkennung der Position und Ausrichtung des Objekts abgetastet wird.
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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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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Benutzerschnittstelle,
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2 eine Darstellung einer Ausführungsform einer Benutzerschnittstelle in der Form eines Planungstisches,
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3–7 Darstellungen der Funktionsweise der Benutzerschnittstelle aus 1 oder 2 beim Einstellen von Parametern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
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8 eine Hardwarelösung zur Erkennung von Objekten und Berührungen eines Benutzers, und
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9 Etiketten zur Unterstützung der Objekterkennung.
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1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Aufsicht auf einen Tastschirm 5, auf dem eine virtuelle Benutzeroberfläche 1 dargestellt wird. Diese enthält eine netzwerkartige Struktur aus einer Vielzahl von Elementen E (z.B. in der Form von Piktogrammen). Je nach Anwendungsfall kann die netzwerkartige Struktur beliebige Systeme bzw. Anlagen betreffen. Insbesondere kann es sich um die Darstellung einer Energieerzeugungs- und Energieverteilanlage, um eine Telekommunikationsanlage, um ein Kraftwerk, um eine verfahrenstechnische Anlage, um eine Verkehrsüberwachungsanlage und dergleichen handeln. Vorzugsweise ist der Tastschirm 5 ein Bedientisch, der in einem Kontrollraum zur Überwachung des entsprechenden Systems bzw. der entsprechenden Anlage aufgestellt ist. Die einzelnen Elemente E sind dabei Komponenten des entsprechenden Netzes bzw. der entsprechenden Anlage. Über den Tastschirm 5 kann ein menschlicher Operator (oder ein Team von Operatoren) den Betrieb der Anlage überwachen und auf geeignete Weise entsprechende Parameter der einzelnen dargestellten Elemente E verändern. Dies wird in der Ausführungsform der 1 dadurch erreicht, dass der Operator mit seinem Finger ein entsprechendes Element E, dessen Parameter er verändern will, antippt, woraufhin ihm die in 1 schematisch dargestellten Platzhalter C angezeigt werden. Jeder einzelne Platzhalter C setzt sich aus ringförmigen Elementen zusammen, welche näher anhand von 3 bis 7 beschrieben werden. Innerhalb der ringförmigen Elemente ist eine Fläche für die Platzierung eines physischen, losen Objekts vorgesehen, welches ebenfalls näher anhand der weiteren Figuren beschrieben wird. Auf dem jeweiligen Platzhalter C kann eine Führungsgröße oder ein beliebiger anderer Wert bzw. Parameter mithilfe des Objekts einfach und intuitiv verändert werden.
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Einer der in 1 dargestellten Platzhalter C des entsprechend selektierten Elements ist in den 3 bis 7 in vergrößerter Form wiedergegeben. Es besteht dabei ggf. auch die Möglichkeit, dass sich der Benutzer über eine geeignete Interaktion die Platzhalter C in einem separaten Bereich des Tastschirms 5 vergrößert anzeigen lässt. Ebenso kann ein neues Bild auf dem Tastschirm 5 mit einer vergrößerten Darstellung des Platzhalters C aufgebaut werden.
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2 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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2 zeigt hierzu erneut 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. Die Schnittstelle 8 kann hierbei eine drahtlose (z.B. WLAN) oder kabelgebundene (z.B. Ethernet) Schnittstelle sein. Der Rechner 9 enthält einen Mikroprozessor 6, welcher Werte der mindestens einen Führungsgröße auf einer virtuellen Benutzeroberfläche 1 auf dem Tastschirm 5 visualisiert. Weiterhin ist der Mikroprozessor 6 zur Verarbeitung einer Benutzerinteraktion programmiert, welche ein Objekt 3, welches auf einem Platzhalter C liegt, um seine eigene (lotrechte) Achse dreht, wobei der Wert der mindestens einen Führungsgröße entsprechend angepasst wird.
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Wie in 2 gezeigt stehen für die Benutzerinteraktion unterschiedliche lose physikalische Objekte 3 auf dem Tastschirm 5 bereit. Der linke Platzhalter C ist mit keinem Objekt 3 besetzt und somit aktuell nicht bedienbar. Der rechte Platzhalter C ist hingegen mit einem Objekt 3 besetzt, welches die Nutzung dieses Platzhalters C wie unten beschrieben erlaubt. Der Platzhalter C kann einer festen Position auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 dargestellt werden, auch wenn sich auf ihm kein Objekt 3 befindet. Alternativ kann der Platzhalter C dynamisch auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 um das Objekt 3 herum eingeblendet werden, sobald dieses auf dem Tastschirm 5 an einer beliebigen Position abgelegt wird.
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Die Objekte 3 können beispielsweise als handtellergroße zylinderförmige Körper, beispielsweise aus Holz oder Acryl, ausgeführt sein. Sie gleichen in diesem Interaktionskonzept einem beweglichen Stellteil. Vorzugsweise sind sie an ihrer Unterseite mit einem Etikett wie in 9 gezeigt beklebt, wodurch ihre Position und Ausrichtung auf dem Tastschirm 5 mithilfe der in 8 gezeigten Technologie detektiert werden kann.
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Ein Aufdruck des Etiketts oder ein zusätzliches RFID-Etikett am Objekt 3 lässt sich ferner zur Identifikation und Authentifikation seines Eigentümers gegenüber der Benutzerschnittstelle nutzen.
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Nachfolgend wird anhand von 3 bis 7 die über den Platzhalter C durchgeführte Veränderung einer Führungsgröße basierend auf der Einstellung eines numerischen Werts zwischen 0,0 und 99,99 beschrieben. Die Führungsgröße wird hierbei durch einen Parametervektor PV beschrieben. Der Parametervektor PV ist beispielsweise zweiteilig und besteht aus eine Vor- und Nachkommastelle eines numerischen Werts. Er könnte ebenso dreiteilig sein und z.B. Rot-, Grün und Blauwerte für eine Farbmischung enthalten.
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Die Erfindung ist nicht auf numerische Werte beschränkt und es besteht auch die Möglichkeit beliebige andere Parameter und Werte über den Platzhalter C einzustellen. Beispielsweise könnten um den Platzhalter C im Uhrzeigersinn Buchstaben eines Alphabets oder Betriebsmodi aufgetragen und auswählbar sein.
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Gemäß 3 umfasst ein Platzhalter C einen äußeren Ring R1 sowie einen inneren Ring R2, wobei der äußere Ring R1 die Vorkommastelle P1 und der innere Ring R2 die Nachkommastelle P2 des Parametervektors PV wiedergibt. Bei den Ringen handelt es sich um virtuelle Bildinhalte, die dynamisch als Teil einer virtuellen Benutzeroberfläche 1 auf dem Tastschirm dargestellt werden. Der Wert des Parametervektors PV ist rechts oben neben dem Platzhalter C in textueller bzw. numerischer Form wiedergegeben. In dem Szenario der 3 ist die Vorkommastelle P1 auf den Wert 11 und die Nachkommastelle P2 auf den Wert 14 gesetzt. Die Ringe sind konzentrisch um ein Objekt 3 angeordnet, und durch den Gesamtumfang der Ringe wird der entsprechende Wertebereich der Vorkommastelle bzw. Nachkommastelle des Parametervektors PV codiert. D. h., 360º des äußeren Rings R1 entsprechen dem Wertebereich der Vorkommastelle zwischen 0 und 99, wohingegen 360º des den inneren Rings R2 dem Wertebereich der Nachkommastelle zwischen 0 und 99 entspricht.
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Die Ringe sind in den Figuren konzentrisch um das Objekt 3 herum eingezeichnet. Ist das Objekt 3 durchsichtig und beispielsweise als Zylinder oder Scheibe aus Acryl gefertigt, so können die Ringe jedoch auch unter dem Objekt 3 innerhalb dessen Abmessungen abgebildet sein, da sie durch das transparente Objekt 3 sichtbar sind. Ferner kann dann anstelle des inneren Rings R2 auch ein Kreis bzw. Kreissektor dargestellt werden.
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Der aktuelle Wert der Vorkommastelle bzw. Nachkommastelle wird intuitiv durch die Hervorhebung jeweiliger Ringsegmente angedeutet. Ein erstes Ringsegment RS1 für die Vorkommastelle ist in 1 ebenso gezeigt wie ein zweites Ringsegment RS2 für die Nachkommastelle. Die Hervorhebung kann dabei durch eine Darstellung des Segments in einer separaten, sich vom Rest des jeweiligen Rings unterscheidenden Farbe erreicht werden. Zur Verdeutlichung des Wertebereichs, in dem die Vorkommastelle bzw. die Nachkommastelle bewegt werden kann, sind am äußeren Rand des Rings R1 ferner vier, 90º zueinander versetzte Textfelder wiedergegeben, die mit Bezugszeichen T bezeichnet sind. Man erkennt, dass eine Winkelposition von 0º dem numerischen Wert 0, eine Winkelposition von 90º dem numerischen Wert 25, eine Winkelposition von 180º dem numerischen Wert 50 und eine Winkelposition von 270º dem numerischen Wert 75 entspricht.
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Die Veränderung der Vorkommastelle bzw. Nachkommastelle des Parametervektors PV erfolgt durch Drehen des Objekts 3. Gemäß 3 möchte ein Benutzer die Vorkommastelle P1 verändern. Durch die Drehung des Objekts 3 im Uhrzeigersinn bzw. entgegen des Uhrzeigersinns wird der Wert der Vorkommastelle erhöht bzw. erniedrigt. Der aktuelle Wert der Vorkommastelle wird dabei durch die Größe des ersten Ringsegments RS1 visualisiert. Dieses ist farblich gegenüber dem zweiten Ringsegment RS2 besonders hervorgehoben, wie in 3 durch die gekreuzte Schraffur angedeutet wird. Diese farbliche Hervorhebung sowie ein Fettdruck oder eine farbliche Kennzeichnung der Vorkommastelle P1 des auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 textuell bzw. numerisch dargestellten Parametervektors PV informieren den Benutzer darüber, dass aktuell die Vorkommastelle P1 (und nicht die Nachkommastelle P2) durch Drehen des Objekts 3 eingestellt werden kann.
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In dem Szenario der 4 (gleiche Bezugszeichen bezeichnen hierbei die gleichen Elemente wie in 3) hat der Benutzer das Objekt 3 um einen Winkel gedreht, wodurch sich die Vorkommastelle P1 des Parametervektors PV von dem Wert 11 auf den Wert 19 verändert hat.
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Die Manipulation der Vorkommastelle P1 erfolgt somit durch Rotation des Objekts 3. Hierbei wird der gängige Richtungscode (der Uhrzeigersinn) verwendet, d. h. eine Rotation im Uhrzeigersinn vergrößert den Wert.
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In 5 (gleiche Bezugszeichen bezeichnen hierbei die gleichen Elemente wie in 3 und 4) ist die Benutzeroberfläche 1 des Tastschirms in einer schrägen Aufsicht gezeigt, so dass das Objekt 3 in seiner Zylinderform erkennbar wird. Hier hat der Benutzer den Parametervektor auf 57,19 eingestellt. Aktuell ist die Vorkommastelle P1 durch Drehen des Objekts 3 einstellbar, da sie gemeinsam mit dem ersten Ringsegment RS1 farblich hervorgehoben ist.
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6 (gleiche Bezugszeichen bezeichnen hierbei die gleichen Elemente wie in 3 bis 5) zeigt ein Variante, wie ein Benutzer mit seiner Hand 2 von einer Einstellung der Vorkommastelle P1 zur Einstellung der Nachkommastelle P2 wechseln kann. Er berührt dazu mit einer Fingerspitze seiner Hand 2 die Darstellung der Nachkommastelle P2 auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 oder alternativ den inneren Ring R2. Daraufhin wird die Nachkommastelle P2 sowie das zweite Ringsegment RS2 farblich besonders hervorgehoben, um den Benutzer darüber zu informieren, dass er nun die Nachkommastelle P2 einstellt (und nicht die Vorkommastelle P1). Das zweite Ringsegment RS2 (wie auch das erste Ringsegment RS1) arbeitet wie eine Füllstandsanzeige und wird ebenso wie der Wert der Nachkommastelle P2 bei Drehung des Objekts 3 fortlaufend aktualisiert.
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Anschließend stellt der Benutzer wie in 7 (gleiche Bezugszeichen bezeichnen hierbei die gleichen Elemente wie in 3 bis 6) gezeigt den Wert der Nachkommastelle P2 durch Drehen des Objekts 3 auf den Wert 64 ein.
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Das im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch die Codierung entsprechender Werte aus einem Wertebereich auf die Umfangsposition der Ringe und die Veränderung dieser Positionen über Drehung des Objekts kann einfach und intuitiv der entsprechende Parameterwert verändert werden. Als visuelle Rückmeldung zu dem gerade eingestellten Wert dient die Hervorhebung des dem eingestellten Wert entsprechenden Ringsegments. Die Benutzerschnittstelle ermöglicht eine hybride Interaktion, da sie eine mittelbare Interaktion durch Drehung des Tokens mit direkter Berührung des Tastschirms zur Anwahl der einzustellenden Parameter verbindet.
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8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Tastschirm 5. Zur Realisierung des Tastschirms 5 können an sich bekannte Technologien verwendet werden. Beispielsweise kann der Tastschirm 5 in einem Gehäuse 12 ein optisches System auf seiner Unterseite umfassen, welches durch Rückprojektion realisiert ist. Dabei wird die Rückseite des Tastschirms 5 wie in 8 gezeigt mit Infrarotstrahlern 9 ausgeleuchtet. Über eine hochauflösende Kamera 10 mit einem Infrarotfilter 11 werden Berührungen durch ein Objekt 3 oder eine Hand 2 auf dessen Oberseite basierend auf der Veränderung des Reflexionsverhaltens mitverfolgt. Hierbei ist das Objekt beispielsweise mit einem der Etiketten bzw. Barcodes aus 9 mit den entsprechenden Mustern an seiner Unterseite beklebt oder bedruckt. Anhand dieser Muster kann ein Mikroprozessor aus dem Bild der Kamera 10 in 8 eine Position und Ausrichtung des Objekts 3 auf dem Tastschirm 5 berechnen. Dabei lässt sich auch ein Drehwinkel, um den das Objekt 3 um sein Lot gedreht wird, sehr einfach berechnen. Wenn sich das Objekt 3 bei der Drehung etwas zur Seite versetzt (was der Benutzer ggf. nicht beabsichtigt) kann auch diese Verschiebung durch den Mikroprozessor in Echtzeit erkannt werden. Vorteilhafterweise werden daraufhin der zugehörige Platzhalter C sowie die Ringe etc. ebenfalls auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 verschoben, so dass sie das Objekt 3 weiterhin konzentrisch umschließen. Alternativ kann das Objekt 3 durch einen eingebauten Magneten und einen korrespondierenden Magneten im oder unter dem Tastschirm 5 an Ort und Stelle gehalten werden.
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Das jeweilige Muster erlaubt auch eine Identifikation des Objekts 3 bzw. seines Eigentümers, wodurch geschützte Funktionen der Benutzerschnittstelle für einen autorisierten Eigentümer des Objekts 3 freigeschaltet werden können. Die Benutzererkennung ermöglicht es auch, dem jeweiligen Benutzer eine individuelle Sicht, beispielsweise auf eine technische Anlage und in Abhängigkeit von seinen Berechtigungen, auf der virtuellen Benutzeroberfläche 1 darzustellen.
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Indem der Benutzer sein Objekt 3 auf dem Tastschirm 5 auf einem Platzhalter C (vgl. 1 bis 7) ablegt, woraufhin es entsprechend 8 und 9 anhand eines Musters auf seiner Unterseite erkannt wird, stellt das Objekt 3 einen räumlichen Bezug zwischen der realen und der digitalen Welt der virtuellen Benutzeroberfläche 1 her.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erkennung der Muster besteht in der sog. Pixel-Sense-Technologie, bei der der Tastschirm 5 als LCD-, LED- oder OLED-Display ausgeführt ist und in jedem einzelnen Pixel des Tastschirms 5 Infrarotsensoren sitzen, über welche Berührungen auf der Oberfläche durch die Änderung des Reflexionsverhaltens erfasst werden. Ggf. besteht auch die Möglichkeit, dass der Tastschirm 5 in an sich bekannter Weise durch eine kapazitive Berührungsfläche realisiert ist, wie sie in Smart-Phones üblicherweise verwendet wird. In diesem Fall muss die Orientierung des Objekts 3 durch zusätzliche technische Einrichtungen gemessen werden.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Weiterbildungen und Ausführungsformen können frei miteinander kombiniert werden.
