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Maschinenbedienung im Wandel

01 Human Machine Interfaces sind ein kritischer Erfolgsfaktor des Internet of Things. Moderne Lösungen verfügen über situations-  und rollenbezogene Darstellungen und fördern eine fortlaufende, wechselseitige Kommunikation zwischen Anwender und System

01 Human Machine Interfaces sind ein kritischer Erfolgsfaktor des Internet of Things. Moderne Lösungen verfügen über situations- und rollenbezogene Darstellungen und fördern eine fortlaufende, wechselseitige Kommunikation zwischen Anwender und System

05 Eine intuitive Benutzerführung benötigt eine ausgereifte Visualisierung und Benutzerverwaltung, wie Eaton Galileo – im Zusammenspiel mit einem einfach zu integrierenden Bedienpanel

05 Eine intuitive Benutzerführung benötigt eine ausgereifte Visualisierung und Benutzerverwaltung, wie Eaton Galileo – im Zusammenspiel mit einem einfach zu integrierenden Bedienpanel

Innovative Bedienkonzepte von Maschinen sind im Zeitalter des Internet of Things (IoT) kritische Erfolgsfaktoren für Maschinenhersteller, ihre Kunden und deren Mitarbeiter. Auch bei der Bedienung von Maschinen ist zunehmend eine situations- und rollenbezogene Darstellung sowohl von Informationen als auch von Bedienelementen gefordert. Human Machine Interfaces entwickeln sich zunehmend in Richtung Human Machine Interaction, also von der einseitigen Eingabe von Befehlen hin zu einer wechselseitigen Kommunikation zwischen dem Anwender und dem System.
Viele Maschinen verfügen heute noch über große Bedientafeln mit einer Vielzahl von Bedienelementen. Auch Menüs von Eingabegeräten mit Monitor sind häufig funktionsorientiert aufgebaut, das heißt, sie sind nach den Funktionen der Maschine sortiert und nicht nach den jeweiligen Arbeitsabläufen innerhalb einer Produktion. Dies kann dazu führen, dass der Anwender für die Ausführung bestimmter Aufgaben gegebenenfalls erst die Menüstruktur durchsuchen muss, was Zeit kostet. Moderne Bedienkonzepte dagegen verfolgen einen aufgabenbezogenen Ansatz. Dabei werden dem Anwender nur die Informationen und Bedienelemente angeboten, die er zur Erledigung des nächsten Arbeitsschritts benötigt. Eine solche benutzerzentrierte und rollenangepasste Bedienung sorgt für höhere Akzeptanz und Effizienz (Bild 1).
Adaption aus der Consumer-Welt
Es ist ein allgemeiner Trend, dass Anwendungen, die wir aus dem privaten Bereich kennen, in immer kürzeren Zyklen auch von der Industrie übernommen werden. Mobile Endgeräte, Gestensteuerung bei Touchscreens und die Nutzung der Cloud werden in der Industrie gerade zum Standard. Somit ist es nur logisch, dass auch bei der Bedienung von Maschinen eine ähnliche Entwicklung zu erwarten ist, wie sie sich allgemein beim Interagieren mit dem Internet bereits vollzogen hat. Die Aufbereitung von Inhalten im World Wide Web kann hierbei praktisch Eins­zu­Eins als Modell für den Maschinenbausektor fungieren.
Die meisten Firmen haben ihre Internetseiten heute bereits responsiv gestaltet und für mobile Endgeräte optimiert. Aber jeder kennt die Situation, wenn man mit einem Smartphone auf eine noch nicht aktualisierte Seite trifft: Die Menüstruktur sowie die Tasten und Eingabefelder sind nur eingeschränkt bedienbar. Die User Experience (UX), also das Bedienempfinden solcher Seiten, wird als wenig positiv empfunden. Bei Realisierung der Seiten im Responsive Webdesign (RWD), das sich bei der Ausspielung an das jeweilige Medium anpasst, hingegen wird die Bedienung bereits als deutlich verbessert bewertet. Den nächsten Schritt machen viele Firmen mit einer App.
Bedarfsoptimierte Darstellung – weniger ist mehr
Apps mit guter UX­Bewertung überzeugen durch große, gut bedienbare Bedienelemente (Buttons, Eingabefelder) und eine häufig sogar ohne Scrollen lesbare Informationsdarstellung. Alle Funktionen können in der gewohnten vertikalen Ausrichtung des Geräts bedient werden. Dies ist dadurch erreichbar, dass die Inhalte hinsichtlich ihres Bezugs auf den jeweiligen Kontext (Bild 2) oder die aktuell geforderte Anwendung (Bild 3) optimiert sind. Es ist nicht mehr das Ziel, möglichst viele Inhalte gleichzeitig darzustellen. Ganz im Gegenteil: Je besser die Inhalte gefiltert und auf den jeweiligen Bedarf des Anwenders zugeschnitten sind, desto besser die UX.
Bedarfsoptimierte Darstellung im industriellen Umfeld
Wie lassen sich nun die Erkenntnisse aus der Nutzung des Internet auf das industrielle Umfeld übertragen? Bei einem Maschinenbediener wird der „Bedarf“ an Informationen und Bedienelementen durch den jeweiligen Arbeitskontext bestimmt, also ob sich die Maschine im regulären Produktionsbetrieb oder im Wartungsmodus befindet.
Auch bei der Maschine hängt die UX entscheidend davon ab, wie schnell und einfach der Nutzer in der Lage ist, aus allen Funktionen der Maschine die nächste, für ihn relevante, herauszufiltern. Denn, der zur Verfügung stehenden Informationsmenge steht je nach Situation ein oft nur geringer Informationsbedarf gegenüber.
Bestandteile des Arbeitskontexts
Folgende Faktoren bestimmen im Wesentlichen die jeweilige Arbeitssituation des Anwenders:

  • Der Informations­ und Handlungsbedarf eines Nutzers hängt von seiner Funktion ab, also seiner Rolle im Unternehmen. Jeder dieser Rollen lässt sich ein Rollenprofi l mit der Beschreibung der Aufgaben und der Berechtigungen im Umgang mit den Arbeitsmitteln zuweisen.
  • Die Arbeitsaufgabe selbst besteht fast immer aus mehreren sequenziellen Arbeitsschritten, die der Benutzer in einer bestimmten Reihenfolge erledigt. Diese standardisierten Prozesse sollten sich als einzelne Schritte im System widerspiegeln, sodass sich eine handlungsorientierte Dialoggestaltung in Form aufgabenspezifischer Workflows ergibt.
  • Der Interaktionsort bildet eine weitere Kontextebene, um den Informationsbedarf noch weiter einzugrenzen. Ist eine Bedienung der Maschine aus der Ferne nicht vorgesehen, so dürfen diese Optionen bei mobilen Endgeräten gegebenenfalls nicht angeboten werden. Alternativ könnten Menüs so dynamisch gestaltet werden, dass bestimmte Bedienelemente nur dann zur Verfügung stehen, wenn man sich an einer bestimmten Position an der Maschine befindet. Dafür gibt es bereits geeignete Methoden, zum Beispiel Ortsbestimmung über „IBeacon“.

Gerätespezifische Darstellung
Sind alle für den jeweiligen Nutzungskontext relevanten Daten optimiert, kann die Darstellung aller Informationen und Bedienelemente gegebenenfalls komprimiert werden. Dies ist eine Voraussetzung für den Einsatz mobiler Geräte, wie Tablets oder Smartphones (Bild 4). Im Extremfall ist es vorstellbar, dass die Optimierung des Grafischen User Interface (GUI) den Einsatz von Smartwatches zulässt.
Ein traditionelles Eingabemedium wird seine Berechtigung für die Bedienung direkt an der Maschine jedoch weiterhin behalten: der Drucktaster. Grundfunktionen, wie Start, Stopp, Reset, oder auch der direkte Zugriff auf wichtige Funktionen, wird entweder vom Gesetz oder von den Mitarbeitern auch heute noch gefordert.

HMI-Entwicklung als iterativer Prozess

Bedenkt man die ®evolutionären Schritte, die zukünftig auf Entwickler von Bedienkonzepten zukommen, so liegt es auf der Hand, dass auch dem Entwicklungsprozess selbst gravierende Änderungen bevorstehen. Bei der Softwareentwicklung kommt heutzutage häufig das Scrum­Prinzip zur Anwendung: Das Produkt wird zunächst mit einem minimalen Funktionsumfang ausgeliefert und auf Basis des stetigen Feedbacks der Nutzer ständig optimiert und um neue Funktionen ergänzt. Auch für die Entwicklung neuer Konzepte zur Mensch­Maschine­Interaktion könnte sich dies zukünftig durchsetzen.
Fazit

Im Rahmen von Industrie 4.0 kommt auch den HMI­Konzepten eine immer größere Bedeutung zu. Heutige und zukünftige Nutzer erwarten eine intuitive und optimierte Benutzerführung, die es erlaubt, auch mobile Bediengeräte nahtlos und sicher zu integrieren. Das funktioniert nur mit einer ausgereiften Visualisierung und eine Benutzerverwaltung mit rollen­ und aufgabenspezifischen Funktionalitäten. Hierfür hat Eaton seine Lösung Galileo mit den zugehörigen Bedienpanels der XV300­ und XP500­Serie entwickelt, um anhand von modernem Design und vielfältigen Integrationsmöglichkeiten die optimale Nutzerumgebung zu schaffen (Bild 5). (ih)

Eaton auf der SPS IPC Drives

Ganzheitliche Industrie-4.0-Lösungen für Maschinen- und Anlagenbauer und das Predictive-Maintenance-Portal in Zusammenarbeit mit T-Systems bilden die Schwerpunkte auf dem Eaton-Stand in Nürnberg.
Eaton präsentiert auf der SPS IPC Drives sein Lösungsportfolio Integrated Industrial Technologies. Dabei handelt es sich um einen ganzheitlichen Lösungsansatz für die Industrie 4.0, der von der elektrischen Antriebstechnik, den Themen Automation, Stromkreisschutz über Hydraulik bis hin zu IoT und Cloud reicht. Zusammen mit T-Systems wird in Nürnberg beispielsweise das gemeinsam entwickelte Predictive-Maintenance-Portal gezeigt. Experten beider Firmen werden Interessenten die Potenziale und Details des Serviceangebots der Cloudlösung erläutern. Zudem können sich Besucher anhand einer elektro-hydraulischen Präzisionsmaschine, die auf einem frequenzgeregelten Antrieb basiert, darüber informieren, wie sich mit integrierten Technologien von Eaton kostengünstig energieeffiziente, leistungs- und IoT-fähige Maschinen und Anlagen realisieren lassen.
Augmented Reality für Maschinen und Anlagen
Ein wichtiger Bestandteil des ganzheitlichen Ansatzes von Eaton ist natürlich auch die Mensch-Maschine-Schnittstelle. In Nürnberg haben Maschinenbauer die Möglichkeit zu erfahren, wie sie auf effektive Weise zeitgemäße und intuitive Bedienkonzepte mit lokalen und cloudbasierten Rollenkonzepten, die auf verschiedene Nutzergruppen zugeschnitten sind, umsetzen können. Darüber hinaus demonstriert Eaton, wie sich Augmented Reality schon heute für den Service von Maschinen und Anlagen nutzen lässt. Besucher sind eingeladen, am Messestand selbst über die Hololens mit der funktionsfähigen Präzisionsmaschine zu interagieren.
So entstand die elektro-hydraulische Präzisionsmaschine in Zusammenarbeit mit dem Eaton „Electro Hydraulic Authorized Solution Partner“ Werthenbach Hydraulik-Antriebstechnik GmbH. Sie basiert auf dem Eaton-Portfolio an elektrischen und hydraulischen Komponenten, wie dem intelligenten Verdrahtungssystem „SmartWire-DT“, dem Proportionalventil „AxisPro“ sowie dem Drehzahlstarter „PowerXL“. Neu vorgestellt wird auf der Messe ein Anschaltmodul, das die direkte elektrische Ansteuerung von hydraulischen Ventilen mit DIN-A-Ventilanschluss über „SmartWire-DT“ ermöglicht. Damit lassen sich alle Vorteile der „SmartWire-DT“-Philosophie künftig auf elektro-hydraulische Anwendungen übertragen – von der vereinfachten Planung, Projektierung und Verdrahtung bis zur Inbetriebnahme und Wartung.

Stefan Selke ist MOEM Segment Marketing Manager EMEA bei Eaton Industries GmbH in Bonn. StefanSelke@Eaton.com

Stefan Selke ist MOEM Segment Marketing Manager EMEA bei Eaton Industries GmbH in Bonn. StefanSelke@Eaton.com