Die Zukunft der Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) in einer IoT

In den letzten Jahren wurden enorme Anstrengungen unternommen, um die digitale Werkstatt durch die Funktionen von Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) weiterzuentwickeln. Dabei wurde auch großer Wert darauf gelegt, diese benutzerfreundlicher zu gestalten.

In diesem Beitrag zeigen wir Ihnen, wie IoT, Anwendungen und nutzerorientiertes Design die Zukunft der HMIs so vielversprechend wie nie zuvor gestalten.

Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) sind Terminals, über die ein Mitarbeiter eine Verbindung zu industriellen Systemen herstellen kann. In der Regel handelt es sich bei HMIs um Touchscreen-Displays, die an Maschinen angebracht oder als eigenständige Terminals aufgestellt sind.

Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) ermöglichen die Visualisierung, Überwachung und Steuerung industrieller Prozesse über eine einzige Benutzeroberfläche.

Um die Frage „Warum sollten wir uns erneut mit HMIs befassen?“ zu beantworten, muss man kurz auf die Geschichte der Fertigung eingehen.

Im Mittelpunkt steht eine Frage, die auf den ersten Blick einfach erscheint: Wozu wurden HMIs eigentlich entwickelt?

HMIs wurden entwickelt, um komplexe industrielle Prozesse für das Bedienpersonal verständlich und umsetzbar zu machen.

HMIs haben das hervorragend gemeistert, aber es gab einen Nachteil: Die HMI-Bedienterminals selbst wurden extrem komplex.

Die Modellierung industrieller Prozesse ist schwierig – ja, fast schon eine Kunst. Die Gestaltung von Benutzeroberflächen ist nicht dasselbe wie die Modellierung industrieller Systeme. Ein Steuerungsingenieur mit Erfahrung in der Entwicklung von HMIs hat dieses Problem 2012 treffend auf den Punkt gebracht:

„Heute steuern Zehntausende von Bedienern weltweit Prozesse im Wert von mehreren Milliarden Dollar, indem sie auf einfache Cartoons schauen, die zu einer Zeit entworfen wurden, als wir noch nicht wirklich wussten, was wir da taten.“

Er mag die Situation zwar aus rhetorischen Gründen etwas übertreiben (und vielleicht trifft dies auf einzelne Branchen sogar noch mehr zu), doch der Kernpunkt bleibt bestehen: HMI-Terminals waren nicht auf die Benutzerfreundlichkeit optimiert.

Diese Situation ändert sich. Und zwar rasch. Hier sind die wichtigsten Faktoren.

• Untersuchungen zeigen, dass ein mangelhaftes HMI-Design in direktem Zusammenhang mit einem erhöhten Risiko steht. Die Gestaltung der Benutzeroberfläche ist entscheidend für den Schutz von Mitarbeitern und Anlagen.
• Im letzten Jahrzehnt hat eine Revolution im Bereich der Benutzeroberflächen stattgefunden. Die Nutzung von Smartphones im Alltag hat gezeigt, wie leistungsfähig einfache Benutzeroberflächen sein können. Arbeitnehmer wünschen sich industrielle Systeme, die denselben Prinzipien folgen.
• Die digitale Revolution in der Fertigung hat neue Möglichkeiten eröffnet, industrielle Prozesse zu vernetzen, zu überwachen und mit ihnen zu interagieren. Selbstverständlich werden HMIs diese Fortschritte integrieren.

Wie sieht angesichts dieser Fortschritte die Zukunft der HMIs aus?

Die Zukunft der HMIs entwickelt sich in vier Hauptrichtungen:

1. Intuitive Bedienfelder
2. Anwendungen an der Maschine
3. IIoT
4. Mobile Benutzeroberflächen

Da sich diese Aspekte gegenseitig verstärken, wollen wir sie nacheinander betrachten.

Intuitives Bedienfeld

Wir alle nutzen in unserem Alltag eine perfekt gestaltete Benutzeroberfläche, ohne es überhaupt zu merken: das Smartphone.

Denken Sie daran, wie Smartphones Informationen organisieren.

Es erscheint eine übersichtliche, rasterartige Anordnung von Symbolen. Um auf die gewünschten Informationen zuzugreifen, genügt ein Fingertipp auf den Touchscreen. Wenn Sie Informationen abrufen oder eine Aktion ausführen möchten, tippen Sie einfach auf die entsprechende Anwendung.

Essen bestellen, eine Rechnung bezahlen, ein Taxi rufen – was auch immer du brauchst, ist gleich zur Hand. Und es ist nie schwer zu finden.

Bei der Modernisierung der Fertigung geht es jedoch nicht nur darum, die Benutzeroberflächen von Maschinen nach dem Vorbild von Smartphones zu gestalten. Es geht vielmehr darum, das Prinzip hinter dem Smartphone-Design zu übernehmen.

Was HMIs wirklich brauchen, ist eine Möglichkeit, Anwendungen und Informationen modular zu strukturieren. Ein Bediener sollte den Bildschirm vor sich sofort verstehen, wissen, welche Optionen ihm zur Verfügung stehen, und entsprechend handeln können. Eine wirklich intuitive Steuerung entsteht durch die Gliederung von Funktionen in eigenständige, benutzerfreundliche Anwendungen.

Applications auf der Maschine

Dieser Punkt ergibt sich logischerweise aus dem vorherigen. Applications werden zunehmend zu einem zentralen Bestandteil von Fertigungsprozessen.

Es ist also naheliegend, dass HMIs Anwendungen ausführen.

Für viele Hersteller müssen HMIs den Bedienern den Zugriff auf Informationen zur Maschinenleistung und -konfiguration ermöglichen. Bei modernen HMIs können Bediener direkt an der Maschine auf Maschinenüberwachung zugreifen.

Mit maschinenintegrierter Maschinenüberwachungkönnen Bediener sofort auf Informationen über Maschinenleistung, Zustand und ganzheitlichere Kennzahlen wie Gesamtanlageneffektivität (OEE) OPE zugreifen.

Maschinenanwendungen beschränken sich jedoch nicht nur auf Maschinenüberwachung.

Moderne HMIs können auch Anwendungen für den Maschinenbetrieb hosten. Ohne die Maschine verlassen zu müssen, können Bediener und Techniker auf Arbeitsanweisungen für die Maschineneinrichtung, Wartungs-SOPs, Umrüstung , Dokumente zur Fehlerbehebung und Berichtsformulare zugreifen.

Darüber hinaus gibt es Anwendungen zur Werkzeugverwaltung (die anzeigen, wo sich die Werkzeuge befinden, wann sie verwendet wurden und wie viel Zeit damit verbracht wurde) sowie übergeordnete Informationen zur Flottenleistung.

Mit modernen HMIs sind alle diese Anwendungen von einem einzigen Punkt aus zugänglich.

IIoT HMI

In den letzten zehn Jahren haben sich in der Fabrik neue Kommunikationsmethoden etabliert.

Dank der zunehmenden Reife von Cloud-Technologien, intelligenten Geräten und offenen Kommunikationsprotokollen ist es heute einfacher denn je, Prozesse miteinander zu vernetzen.

Daher erwarten Hersteller, dass HMIs mit einer größeren Vielfalt an Geräten verbunden werden können. Sie erwarten, dass sie von überall aus mit Geräten und Maschinen kommunizieren können, nicht nur am Terminal.

In vielerlei Hinsicht sind IIoT HMIs eine natürliche Weiterentwicklung eines intuitiven, anwendungsorientierten Modells.

Mobile Benutzeroberfläche

Letztendlich umfasst die Zukunft der HMIs ein weitaus breiteres Spektrum an Schnittstellen, als uns derzeit bewusst ist.

Heute übernehmen Tablets und Mobiltelefone bereits einen Großteil der Aufgaben, die früher von maschinenintegrierten und eigenständigen Terminals ausgeführt wurden.

Ob sich diese Schnittstellen zu Uhren, Wearables oder anderen neuartigen Steuergeräten entwickeln werden, bleibt unklar.

Die Entwicklung ist jedoch klar erkennbar. Die Hersteller möchten ihre Betriebsabläufe von überall aus überwachen und steuern können.

Und die digitale Fertigungstechnologie ist auf dem besten Weg, dies Wirklichkeit werden zu lassen.

Mensch-Maschine-Schnittstellen waren schon immer ein wesentlicher Bestandteil der Fertigung und werden es auch weiterhin bleiben.

Ihr Funktionsumfang wird jedoch rasch erweitert.

Es gibt mehr Möglichkeiten denn je, die Benutzererfahrung zu vereinfachen, die Steuerung zu verbessern und Anwendungen auszuführen.