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Lesedauer: 12min
Engineering-Tools für Mensch/Maschine-Schnittstellen
Auf der Suche nach dem HMI der Zukunft

Apr 30, 2020 | Bedienen und Beobachten

Die rasante Verbreitung digitaler Technologien führt zu zunehmend intelligenten, komplexen und vernetzten Maschinen. Damit steigen jedoch auch die Anforderungen an die Interaktion zwischen Mensch und Maschine. HMIs (Human-Machine Interfaces) nehmen hierbei eine wichtige Rolle als Schnittstellen ein und sollen, bei voller Ausschöpfung der Maschinenfunktionalität, die Komplexität der Interaktion möglichst gering halten. Früher hatten hauptsächlich mechanische Elemente die jeweilige Maschinenfunktionen ausgelöst, geregelt oder überwacht. Heute übernehmen an dieser Stelle digitale Arbeitsmittel, meistens Touch-Panels mit zusätzlichen Bedienelementen wie Schlüssel- oder Notausschalter.

Mit HMI sind teilweise sehr unterschiedliche Dinge gemeint – je nach Gesprächspartner – von der Ampel über Pedale, Taster, Displays bis hin zur Software, die auf einer Maschine, mobilen Geräten und Datenbrillen läuft. Die Gesamtheit aus den verschiedenen Interaktionselementen muss zuverlässig funktionieren, ergonomischen Qualitätsmerkmalen genügen sowie diversen Normen und Vorgaben entsprechen. Den größten Teil des Themas nimmt heute die Software ein. Sie ist deshalb der Ausgangspunkt für die Gestaltung und Entwicklung einer Mensch/Maschine-Schnittstelle.

Arbeit der Zukunft und Co.

Das Fraunhofer IAO führt Forschungsprojekte und Studien durch, die sich mit der Arbeit der Zukunft, organisatorischen Themen, oder konkret mit den HMI-Engineering-Tools beschäftigen, allesamt Fragestellungen aus der Industrie. Die Ergebnisse fließen wiederum in Projekte ein, in denen neue und intuitive Benutzerschnittstellen bzw. Produkte entstehen sollen. Eine gute und tragfähige Konzeption ermöglicht eine effiziente und fehlerfreie Bedienung, leichte Erlernbarkeit und berücksichtigt aktuelle Standards oder Trends. Die aktuelle Studie „Überblick über HMI-Engineering-Tools von heute und morgen“ ist Teil einer Studienreihe des Business Innovation Engineering Centers (BIEC). Sie steht über den nebenstehenden QR-Code kostenlos zum Download bereit. Das BIEC wird vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg gefördert und bietet umsetzungsorientierte Entwicklungs- und Transfermaßnahmen an. Sie verfolgen das Ziel, die digitale Transformationsfähigkeit bei KMU im Bundesland nachhaltig zu steigern. In Anknüpfung an die beiden vorangegangenen HMI-Studien „Usability und Human-Machine-Interfaces in der Produktion“ und „Potenziale der Mensch/Technik-Interaktion für die effiziente und vernetzte Produktion von morgen“ bietet das Institut einen neuen Überblick über die Tool-Landschaft. Was aktuell noch ein PDF bzw. eine gedruckte Studie ist, soll in Zukunft vollständig online abgedeckt und schrittweise um weitere Tools, Methoden, Dienstleistungen und andere hilfreiche Elemente wie z. B. Designsysteme ergänzt werden.

Aushängeschild und Qualitätsmerkmal

Aus Sicht des Fraunhofer IAO ist das HMI mehr als eine reine Schnittstelle zu industriellen Prozessen. Es ist Aushängeschild, Qualitätsmerkmal und ein wichtiger Vermittler einer positiven User Experience. Bei einem modernen HMI-Engineering-Prozess rücken die intelligente Unterstützung und Kooperationsmöglichkeit zwischen Designern und Entwicklern, Einrichtern und Instandhaltern in den Fokus. Der Entstehungsprozess ist aber leider noch nicht so richtig im Fluss, wie es eigentlich möglich wäre. Welches HMI-Engineering-Tool oder Entwicklungswerkzeug das richtige ist, lässt sich nicht pauschal sagen – leider – da der Einsatz und die Anforderungen zu individuell sind. Die Basis für jedes Projekt bilden die Nutzer/innen des HMIs und des Entwicklungswerkzeugs. Wer seine Nutzer, deren Anforderungen und die Einsatzszenarien kennt, ist klar im Vorteil. Um die Auswahl eines geeigneten HMI-Engineering-Tools zu vereinfachen, hat das Fraunhofer IAO den üblichen Prozess auf den Kopf gestellt und empfiehlt, die Diskussion bei den Nutzern zu beginnen und nicht den Technologien. In den Unternehmen, in denen die Auswahl in dieser Form unterstützt wurde, führte das zu einem deutlich besseren Bewusstsein für die wichtigen Anforderungen und ermöglichte ein Gespräch fernab von den altbekannten harten Fronten. Aussagen wie: „Wir machen das aber schon immer so“ oder „Wir müssen unbedingt diese oder jene Steuerung benutzen“ gehören damit der Vergangenheit an. Ein Beispiel: Ein Hersteller von Türen und Fenstern hat als Nutzer den Eigentümer oder Bewohner des Hauses bzw. der Wohnung. Für ihn muss die Tür bedienbar sein. An diesen Nutzer wird meistens gedacht und das Produkt entsprechend ausgerichtet. Aber gibt es noch weitere Nutzer? Was ist mit den Personen, die die Türe einbauen? Lässt sich das Produkt für den Einbauprozess optimieren? Das wäre ein Vorteil, den auch die Person interessiert, die die Kaufentscheidung trifft. Nachdem der Einbau dann einfacher läuft, wird die Türe natürlich auch weiterempfohlen. In unserem HMI-Kontext sieht das ähnlich aus. Maschinen und Anlagen sind sehr weit optimiert und die Prozesse, die sie umgeben, rücken in den Fokus. Dazu zählt etwa das Einrichten einer Maschine oder Arbeiten, die um die Maschinenfunktionen herum passieren: Vor Ort müssen noch Änderungen vorgenommen werden, man muss flexibel sein. Änderungen an der Oberfläche oder Prozessanpassungen sind mit einem HMI-Engineering-Tool möglich und können direkt vor Ort durchgeführt werden. Ein Werkzeug, das auch vom Einrichter verstanden wird, reduziert den Aufwand für die Entwicklungsabteilung im Unternehmen deutlich. Bei Eigenentwicklungen kann auch an genau solche Nutzungsszenarien gedacht werden, um die eigenen Prozesse einfach und schlank zu halten. Wie gesagt, es ist wichtig, seine Nutzer zu kennen – und das ist nicht nur der Maschinenbediener.

Technologien, die begeistern

Das was alle begeistert, sind moderne Technologien. Dort erhofft man sich, Neues zu schaffen, Probleme zu lösen und – das darf man nicht vergessen – einfach Spaß zu haben und Grenzen auszuloten. Technologien sind wichtig und faszinieren. Die Schlagworte der vergangenen Jahre wie Industrie 4.0 oder KI beweisen, dass man sich unbedingt mit diesen Technologien beschäftigen sollten. Echte Innovation entsteht aber, wenn Probleme angegangen, deren Lösung neue, kombinierte oder verbesserte Technologien bedarf. Technologien nur um ihrer selbst Willen einzusetzen, führt nur zu neuen Einschränkungen. Digitalisierung bringt nichts, wenn die bislang analogen Prozesse eins zu eins umgesetzt werden. Möglicherweise bergen die Prozesse selbst das Problem. Digitalisierung in der Theorie und die tatsächliche Umsetzung im Unternehmen liegen oft noch weit auseinander. In vielen Unternehmen ergibt sich hier ein ähnliches Bild: die Nutzung von Papierformularen für Informationshinterlegung, keine Integration in die IT, für die Dokumentation in Betriebsprozessen auf Hilfsmittel wie Excel zuzugreifen, umständliche oder mehrfache Dateneingabe in unterschiedliche IT-Systeme die nebeneinander auf den Panels laufen, wiederkehrende Frustrationspunkte im Bedienprozess, relevante Informationen zu einer Tätigkeit aus mehreren Systemen zusammen zu suchen, fehlende oder umständliche Dokumentations- und Kommunikationsmittel. Um die wichtigsten dieser alltäglichen ‚Pain-Points‘ zu verbessern, muss nicht immer die gesamte IT umgekrempelt werden – oft lassen sich passende kleine Helfer implementieren, die im Unternehmensalltag große Hilfe leisten und auch hohes Einsparpotenzial bieten können. Besonders hier kann oft mit wenig Aufwand viel erreicht werden. Dazu ist es notwendig, sich die Situation vor Ort anzusehen. Ein Beispiel aus der Praxis: Ein Nutzer überwacht acht Maschinen und hat zu verschiedenen Zeiten verschiedene Aufgaben zu erledigen. Wann und wo er etwas zu tun hat, erfährt er an jeder Maschine. Ein einfacher Eingriff ist, die notwendigen Informationen von allen Maschinen in einem neuen HMI-Bild zusammenzufassen. Das ermöglicht einen guten Überblick, anstatt den Nutzer lange suchen zu lassen. Diese Lösungsstrategie lässt sich Schritt für Schritt verbessern und z. B. durch LED-Bänder auf dem Boden erweitern. Die einfachen Lösungen sind eben meistens die besten.

Auf dem Weg zu flexibleren Lösungen

Der Industriebereich mit all den zu erfüllenden Vorgaben, Dokumentationspflichten und den Anforderungen der Umgebung ist eine besondere Herausforderung. Wer hier neu einsteigt, muss erst einmal lernen, das innovative Ideen wie animierte Icons sehr kritisch aufgenommen werden, da sie auf Geräten funktionieren müssen, die zwar sehr robust sind, aber fast keinen Speicher haben. Dieses Bild wird sich ändern. Auch im Industriebereich werden durch neue Technologien und vereinheitlichte Schnittstellen flexiblere Lösungen möglich. Die Prozesse rücken in den Fokus. Angefangen bei neuen Ansätzen, die dafür sorgen, dass sich die Automatisierungspyramide auflöst, bis hin zu den Gestaltungsprozessen, in denen viel Aufwand eingespart werden kann, wird viel passieren.

HMI-Tool aus?

Ist es in Zukunft überhaupt notwendig, das HMI manuell zu definieren? Bereits jetzt kann ein Steuerungsprogramm importiert und daraus eine Oberfläche generiert werden. Entspricht das den Wünschen der Nutzer und Anwender? Welche Prozesse wollen sie nicht aus der Hand geben, welche Arbeiten empfinden sie als mühsam oder unnötig? Für welche Fragen sollte die Forschung Lösungen bieten? Wie sieht das perfekte HMI-Tool aus? Das Fraunhofer IAO will mehr über die Anforderungen an solche Werkzeuge erfahren und lädt ein, sich an einer neuen Onlineumfrage zu beteiligen. hmi.iao.fraunhofer.de/umfrage Die Ergebnisse erscheinen in der nächsten Studie, die auch wieder kostenfrei zur Verfügung stehen wird.

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