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01 Ein HMI bei der Endabnahme in der Automobilproduktion muss nicht nur robust und zuverlässig sein, sondern auch eine übersichtliche Visualisierung sowie eine sichere Bedienung ermöglichen

10-Finger-Touch im Industrieeinsatz

02 Das robuste Infrarot-Touchsystem des Panel-PC kann zehn Finger detektieren

03 Die langzeitverfügbaren Mini-ITX-Boards der Serie D-3313-S wurden speziell für den 24/7-Betrieb im Temperaturbereich von 0 °C bis 60 °C entwickelt

Auch für industrielle Anwendungen suchen Anwender immer häufiger große Full-HD-Displays mit den von Consumer-Geräten gewohnten intuitiven Bedienmöglichkeiten, inklusive Multitouch und Gestensteuerung. Diese Anforderungen erfüllt Extra Computer mit seinen HMI mit Projected Infrared Touch Technology (PIT). Die Handschuh-bedienbaren und passiv gekühlten Panel-PC kommen beispielsweise bei der Endabnahme eines großen deutschen Automobilherstellers zum Einsatz.

Beim Einsatz im industriellen Umfeld stehen neben dem Wunsch nach einer intuitiven Nutzerführung mit aktiver Fehlervermeidung auch industrietypische Anforderungen an die Robustheit, Ausfallsicherheit und Langzeitverfügbarkeit der Geräte im Vordergrund. Dies waren auch die zentralen Vorgaben eines großen deutschen Automobilherstellers an die Extra Computer GmbH bei der Entwicklung eines HMI für den Prüfstand am Ende der Fertigungslinie.

Effiziente Bedienung bei der Qualitätssicherung
Bei der Qualitätssicherung vor der Überführung eines fertig montierten Fahrzeugs kommt es darauf an, den zuständigen Mitarbeiter möglichst effizient und fehlerfrei durch die Endabnahme zu führen. Bei dem deutschen Automobilhersteller authentifiziert sich der Mitarbeiter zu Beginn via Smart Card am Prüfstand. Das Prüfprogramm signalisiert dann über ein 3D-Modell des Kfz eindeutig, welche Teile in jedem Arbeitsschritt zu prüfen sind und was jeweils zu tun ist. Über die grafische Benutzerschnittstelle lassen sich via Gestensteuerung weitere Dokumente hinzuziehen. Jeder Prüfschritt muss abschließend bestätigt werden, bevor der Prüfvorgang fortgesetzt wird. Eine Kombination mehrerer Bedienfelder sorgt für Sicherheit bei der Bestätigung. Bei Beanstandungen im Rahmen der Fehlerdiagnose erfolgt automatisch eine Rückmeldung an die zuständige Fachabteilung. Gearbeitet wird bei diesen Tests in der Regel mit speziellen Schutz- und Montagehandschuhen.

Brilliante Visualisierung
Aus diesem Bedien-Szenario leiteten die Entwickler von Extra Computer verschiedene zentrale Anforderungen an ein HMI ab und konzipierten den Exone Panel-PC 21,5EF0A (Bild 1). Seine Displaygröße von 21,5 Zoll mit Full-HD-Auflösung sorgt für höhere Bediensicherheit. Zudem ermöglicht sie mit der entsprechenden Grafikperformance hochwertige 3D-Visualisierungen sowie das Unterbringen vieler ausreichend groß dimensionierter Bedienelemente. Unnötiges Scrollen oder Wechsel zwischen verschiedenen Anzeigen wird dadurch vermieden. Auf dem entspiegelten, sogenannten Non-Glare-Display kann die Werkshallenbeleuchtung keine Reflexionen erzeugen, die den Mitarbeiter irritieren und zu Bedienfehlern führen könnten. Das HMI verfügt über eine 10-Finger- Touch-Funktion, um mit einer hohen Genauigkeit und kurzen Reaktionszeiten mehrere Berührungen gleichzeitig erfassen zu können (Bild 2). Zudem ist es sowohl mit unterschiedlichen Handschuhen als auch mit Werkzeugen bedienbar. Diese Art der Bedienung, etwa mit dem Schraubenzieher, sowie die bei der Endreinigung der Fahrzeuge verwendeten Reinigungsmittel, setzen eine entsprechende Robustheit voraus. Darüber hinaus ist in der Endmontage eines Automobilherstellers die Ausfallsicherheit im Dreischichtbetrieb von zentraler Bedeutung.

Gestensteuerung und Robustheit kombiniert
Um die Anforderungen an die intuitive Bedienbarkeit bei gleichzeitig hoher Widerstandsfähigkeit zu erfüllen, hat Extra eine von der Display-Oberfläche unabhängige Touch-Technologie gewählt und die Bildschirmoberfläche durch eine zusätzliche Non-Glare-Glasfront geschützt. Die Gerätevorderseite erreicht damit die für diese Anwendung geforderte Schutzart IP54. Frontseitig eingelassen lässt sich die Schutzart sogar auf IP65 erhöhen. Die Bedienfreundlichkeit basiert auf der sogenannten Projected Infrared Touch Technology (kurz: PIT). Dabei ist das Display von einem filigranen Spalt umgeben; Infrarotstrahlen, die durch Emissionsdioden erzeugt und von einem Prisma-Lichtleiter reflektiert werden, werden auf die vordere Glasoberfläche übertragen. Das Ergebnis ist eine ebene Lichtfläche über der Displayfront, die durch den Finger des Nutzers oder einen anderen Gegenstand durchbrochen wird. In Verbindung mit dem Touchcontroller lassen sich zehn Berührungspunkte zur gleichzeitigen Bedienung ausgeben – in der Praxis sinnvoll ist die gleichzeitige Betätigung von maximal drei bis vier Buttons.

Langzeitverfügbarkeit und Ausfallsicherheit im 24/7-Einsatz
Um die geforderte hohe Ausfallsicherheit zu erreichen, wurde bei dem Panel-PC auf mechanische Teile verzichtet und eine eigens entwickelte passive Kühllösung eingesetzt. Aufgebaut hat Extra das System auf dem Mini-ITX-Industriemainboard D3313-S3 (Bild 3) von Fujitsu. Dessen Kern bildet ein AMD-Embedded- GX-420CA-SOC (Quadcore, 2 GHz) mit integrierter Radeon-HD-8400E-Grafik. Das langzeitverfügbare Board verfügt über vielfältige Schnittstellen, eine gute Grafikperformance und ist speziell für den industriellen 24/7-Dauerbetrieb im erweiterten Temperaturbereich konzipiert. Die Ansteuerung des Touchdisplays erfolgt über eine 24-bit-Dual-Channel-LVDS-Schnittstelle. Der am Gehäuse des Panel-PC angebrachte Smart-Card-Reader zur Mitarbeiteridentifikation ist über einen externen USB-Anschluss mit dem Gerät verbunden. Die Einspeisung der Daten ins Kundennetz geschieht über eine RJ45-Schnittstelle. Da das Board über einen Mini-PCIe- Steckplatz eine entsprechende Erweiterungsmöglichkeit bietet, können Signale ebenso über Schnittstellen wie RS- 232/RS-485 oder CAN-Bus erfasst werden. Auch die Voraussetzungen für den unabhängigen Betrieb eines zweiten Displays und für die Kombination mit weiteren Peripheriekomponenten sind gegeben. Spezialfeatures machen das System ausfallsicher und wartungsfreundlich: Ein für Anwendungen mit größerer Produktionsnähe besonders interessantes Feature ist die optionale Dash-Karte, die über ein Out-of-Band-Management die hardwareseitige Fernwartung selbst bei nicht gestartetem Betriebssystem ermöglicht. Die Power-Auto-On-Funktion sorgt für selbstständiges Booten bei Stromzufuhr, und der Watchdog überwacht Betriebssystem und Bootvorgang. Ein wichtiger Aspekt für industrielle Anwender ist darüber hinaus der sogenannte Cold-Swap-Service von Extra Computer: Für den Fall der Fälle stehen dem Kunden vor Ort und ohne Zusatzkosten ein oder mehrere komplette Austauschgeräte zur sofortigen Inbetriebnahme zur Verfügung. (no)

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Autor:
Alexander Plöger ist Product Manager Industry bei der Extra Computer GmbH in Giengen-Sachsenhausen. alexander.ploeger@extracomputer.de