In vier Schritten zum wettbewerbsfähigen HMI
Bedienen wie in der Zukunft
Schnittstellen zwischen Anlagen oder Maschinen und den Bedienern werden zunehmend vom digitalen Wandel geprägt - besonders von unseren Erfahrungen mit Smartphones und Co. Vier Schritte helfen, die eigenen Human Machine Interfaces auf diese Anforderungen zuzuschneiden.
Bild: Smart HMI GmbH / UID GmbHFührende Digitalkonzerne wie Google, Apple, Facebook, Amazon usw. prägen immer mehr die Erwartungen der Nutzer im Umgang mit disruptiven Technologien und zeigen uns direkt, wo die Reise hingehen wird: immer verfügbar, personalisierte Bearbeitung und Services, globale Konsistenz und beinahe eine Null-Fehler-Toleranz. Was bedeutet das für die Zukunft industrieller HMIs und deren Bediener? Worauf muss man sich innerhalb digitaler Ökosysteme fokussieren?
HMIs verändern sich
Zuweilen wird die Frage aufgeworfen, ob in der Produktion der Zukunft HMIs überhaupt noch benötigt werden. Die Antwort ist ein klares Ja, denn der Informationsbedarf der Operator wird nicht sinken, sondern eher steigen. Trotz intelligenter und digitaler Produktion sowie mehr Automation werden immer noch Eingriffe durch den Menschen erforderlich sein. HMIs werden nicht verschwinden, sich aber verändern: Sowohl der Entwicklungsprozess als auch das HMI selbst werden deutlich dynamischer.
Software und Services
Wenn auch das Ergebnis der digitalen Transformation noch unbekannt ist, zeichnen sich erste Wegweiser für einen sinnvollen Beginn dieser Reise bereits ab. Digitalisierung lässt sich als End-to-End Prozess verstehen, bei der sich die Wertschöpfung in Richtung softwarebasierte Dienste und Serviceleistungen verschiebt. Diese haben bereits damit begonnen traditionelle Geschäftsmodelle zu erweitern oder gar vollständig zu ersetzen. Nicht jede Firma wird jede neue Technologie oder jedes neue Geschäftsmodell sofort umsetzen können. Unternehmen müssen ihre personellen und finanziellen Möglichkeiten ebenso in Betracht ziehen wie die laufenden Änderungen am Markt. Aus diesem Grund empfehlen viele Experten einen zügigen Start, aber auch eine schrittweise Vorgehensweise bei der Digitalisierung. Das wirkt sich auf die Methoden aus, wie Unternehmen zu ihren HMIs gelangen sollten.
Kürzere Lebenszyklen
Früher wurde das HMI wie ein Projekt aufgesetzt und entwickelt, es wurde eine Version konzipiert und weiter ausgearbeitet, welche dann für zehn Jahre oder länger eingesetzt wurde. Dann begann die Entwicklung der HMI-Version für die nächste Dekade. Diese Sichtweise ist überholt. Heute sollten Produkte kurzfristig auf Veränderungen am Markt reagieren bzw. daraus entstehende Chancen schnell aufgreifen und umsetzen können. HMIs müssen daher agil und kontinuierlich weiterentwickelt, modifiziert und optimiert werden können. Hierfür sollten in Unternehmen agile Entwicklungsmethoden wie Scrum und dazu passende neue Betriebsmodelle eingeführt werden.
Dynamische Produkte
Aktuell sind HMIs oft noch sehr statisch angelegt. Sie sind für einen definierten Kontext gestaltet, eine bestimmte Maschine, eine Bildschirmgröße und einen festen Ort. Allenfalls über das Login werden verschiedene Nutzerrollen adressiert, welche einzelne Werte oder Funktionen aktivieren oder deaktivieren. Die HMIs der Zukunft dürften viel dynamischer sein. Sie werden in Echtzeit darstellbar sein, adhoc für den jeweiligen Kontext und Nutzer komponiert werden und sich automatisch an verschiedene Bildschirmgrößen und -orientierungen anpassen. So werden Benutzerschnittstellen in den nächsten Jahren Schritt für Schritt neue Funktionen und Dienste integrieren, womöglich sogar dann, wenn die Maschine oder Anlage bereits ausgeliefert wurde.
HTML5 und OPC UA
Um zu solchen Szenarien zu gelangen, sind einige Technologieentscheidungen zu treffen. So bietet sich etwa die Realisierung als Web-HMI an. Dabei können zwei etablierte Technologien und Standards kombiniert werden: HTML5 und OPC UA. Damit lassen sich beispielsweise sehr hohe Datendurchsätze in einer robusten, erprobten und abgesichterten Architektur realisieren. Eine Lösung, die auf dieses Technikduo setzt, ist der Web-HMI/Scada-Baukasten WebIQ. Tests haben gezeigt, dass mehrere tausend Prozessvariablen auf einer PC-Plattform nahezu in Echtzeit gespeichert, überwacht und angezeigt werden können - inklusive aktueller Open-SSL-Verschlüsselung. Zusätzlich bietet OPC UA die Möglichkeit, Prozessdaten als Objekte zu strukturieren und anzuzeigen. Strukturen, die etwa in einer Steuerung definiert sind, können über OPC UA bereitgestellt und vom Web Client abgefragt werden. Dies ermöglicht die dynamische Erzeugung einer HMI zur Laufzeit, basierend auf hierarchischen Strukturen.
Responsive Oberflächen
Ein weiterer Schritt ist die Anpassung des HMI-Konzepts und Designs. HMIs sollten eine positive User Experimente vermitteln, problemlos um neuen Funktionen und Dienste erweiterbar sein, Inhalte dynamisch arrangieren können und sich automatisch an unterschiedliche Bildschirmgrößen und -orientierungen anpassen. Das lässt sich mit einem Baukastensystem für das HMI erreichen, das eine sinnvolle Modularisierung erlaubt. Dieser Baukasten könnte beispielsweise den Applikationsrahmen für verschiedene Bildschirmformate (Responsive Design Template) enthalten, standardisierte und individuelle Web Widgets sowie die Design-DNA (Design-Theme). Auf dieser Basis entstehen attraktive und konsistente HMIs. In der Web-Welt ist diese Denkweise schon lange etabliert und wurde von Brad Frost unter dem Stichwort Atomic Design beschrieben. Mit einem HMI-Baukasten lassen sich einzelne Inhalte schnell hinzufügen, adaptieren oder entfernen. Bausteine können die notwendige Elastizität in der agilen HMI-Entwicklung schaffen. Ein modulares HMI ist außerdem die Voraussetzung für das Responsive Design, also die automatische Adaption des HMI an unterschiedliche Bildschirmgrößen und -orientierungen. Die Realisierung eines Baukastensystems und eines dynamischen Layouts ist für viele HMI-Entwickler anfangs sehr ungewohnt, weil sie sich beim Realisieren des HMI von etablierten Vorgehensweisen, etwa dem festen Positionieren von Controls an einer xy-Position, verabschieden müssen. Hier kann die Zusammenarbeit mit erfahrenen Web-HMI-Experten helfen, Hürden zu überwinden und ein Konzept und Design zu erarbeiten.
Just-in-Time-Komposition
Der letzte Schritt ist die dynamische Erzeugung der HMIs. HMIs werden künftig verstärkt ad-hoc, also im Moment der Anforderung, erzeugt. Dabei werden die momentane Anlagenkonfiguration ebenso berücksichtigt wie der aktuelle Kontext, beispielsweise die Anzeige eines Fehler- oder Service-Falles, die Information einer im Hintergrund laufenden KI oder die individuellen Anforderungen des Nutzers. Diese Vorgehensweise ist heutzutage bei vielen Webseiten bereits Realität. Dort spricht man von Hyperpersonalisierung. Sie wird durch die etablierten Content Management Systeme (CMS) und den Einsatz entsprechender Skripte ermöglicht. Auch bei der Maschinen- und Anlagenvisualisierung wird die Just-In-Time-Komposition des HMI zunehmend eingesetzt. Allerdings hat nicht jeder Projektierer oder Inbetriebnehmer das entsprechendes Programmierwissen, um die Skripte zu bearbeiten. Eine Lösung können hybride Systeme darstellen, wie die die bereits erwähnte Anwendung WebIQ, welche einerseits die dynamische HMI-Erzeugung mittels Skripten unterstützt, aber gleichzeitig eine grafische 'What you see is what you get'-Entwicklungsumgebung zur Bearbeitung der Bausteine und Templates ohne Programmierkenntnisse anbietet.
Schnittstellen zwischen Anlagen oder Maschinen und den Bedienern werden zunehmend vom digitalen Wandel geprägt - besonders von unseren Erfahrungen mit Smartphones und Co. Vier Schritte helfen, die eigenen Human Machine Interfaces auf diese Anforderungen zuzuschneiden.
Bild: Smart HMI GmbH / UID GmbHFührende Digitalkonzerne wie Google, Apple, Facebook, Amazon usw. prägen immer mehr die Erwartungen der Nutzer im Umgang mit disruptiven Technologien und zeigen uns direkt, wo die Reise hingehen wird: immer verfügbar, personalisierte Bearbeitung und Services, globale Konsistenz und beinahe eine Null-Fehler-Toleranz. Was bedeutet das für die Zukunft industrieller HMIs und deren Bediener? Worauf muss man sich innerhalb digitaler Ökosysteme fokussieren?
HMIs verändern sich
Zuweilen wird die Frage aufgeworfen, ob in der Produktion der Zukunft HMIs überhaupt noch benötigt werden. Die Antwort ist ein klares Ja, denn der Informationsbedarf der Operator wird nicht sinken, sondern eher steigen. Trotz intelligenter und digitaler Produktion sowie mehr Automation werden immer noch Eingriffe durch den Menschen erforderlich sein. HMIs werden nicht verschwinden, sich aber verändern: Sowohl der Entwicklungsprozess als auch das HMI selbst werden deutlich dynamischer.
Smart HMI GmbH
Dieser Artikel erschien in IT&Production November 2019 - 08.11.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.it-production.com
