Heute müssen sich Unternehmen der Industrie- und Fertigungsbranche anpassen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Sie müssen die Mitarbeitenden – insbesondere in der Produktion – effizient mit den wesentlichen Informationen vernetzen, und dies schneller als je zuvor.
Obwohl klassische Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) den Bedienern über viele Jahre hinweg gute Dienste geleistet haben, weiten moderne neue Lösungen diese Vorteile inzwischen auch auf Teams außerhalb des Leitstands aus. Heute nutzen Unternehmen neue Technologien und HMI-Software, um eine effiziente Fern- und mobile Betriebsführung sicherzustellen. Durch die Schaffung eines innovativen Arbeitsumfelds für industrielle Betriebsabläufe kann Ihre Organisation von zahlreichen Vorteilen profitieren.
Lassen Sie uns zunächst klären, was eine Mensch-Maschine-Schnittstelle ausmacht, bevor wir die fünf wichtigsten Vorteile hybrider Cloud-HMI-Lösungen für Ihr Unternehmen betrachten.
Was ist eine HMI und wozu dient sie?
Bevor wir weiter in das Verständnis des HMI der neuen Generation und ihrer erweiterten Anwendungen eintauchen, ist es wichtig, zunächst die Grundlagen zu erfassen und klar zu verstehen, was eine Mensch-Maschine-Schnittstelle ist.
Einfache Definition eines HMI
Wenn wir eine klare und prägnante Erklärung geben müssten, dann fungiert eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) als wesentliche Brücke zwischen Mensch und Maschine. Sie erleichtert die Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse, IT-Systeme oder Maschinen über intuitive grafische Benutzeroberflächen.
Ob es darum geht, Maschinenparameter anzupassen oder Produktionsdaten zu visualisieren, die HMI macht diese Interaktionen einfacher und direkter und sorgt dafür, dass Informationen nicht nur zugänglich, sondern auch leicht bedienbar sind.
Aus welchen Komponenten besteht ein HMI?
Die Bestandteile einer Mensch-Maschine-Schnittstelle variieren je nach Anwendung, doch es gibt mehrere zentrale Elemente, die häufig vorhanden sind, um eine effiziente und intuitive Interaktion zwischen Anwender und Maschine zu gewährleisten.
- Grafische Benutzeroberfläche: Beinhaltet visuelle Elemente wie Schaltflächen und Diagramme für visuelle Interaktionen.
- Steuerungslogik: Software, die die Benutzereingaben verarbeitet und die Befehle ausführt.
- Sensoren und Aktoren: Erfassen Daten und führen physische Aktionen auf Basis der vom HMI gegebenen Befehle aus.
- Kommunikationssystem: Ermöglicht den Datenaustausch zwischen dem HMI und anderen Systemkomponenten.
- Datenbank: Speichert Konfigurationen, Historien und wesentliche Parameter für das HMI.
- Eingabegeräte: Wie Tastaturen und Touchscreens, die die Interaktion des Benutzers mit dem System erleichtern.
Warum ist das HMI in industriellen Umgebungen unverzichtbar geworden?
Das HMI ist aus mehreren Gründen zu einem zentralen Element in industriellen Umgebungen geworden. Einerseits steigert sie die Effizienz, indem sie den Bedienern ermöglicht, Prozesse in Echtzeit zu steuern und zu überwachen, wodurch Fehler und Stillstandszeiten reduziert werden. Sie erhöht zudem die Sicherheit, indem sie Warnmeldungen und kritische Informationen bereitstellt, um Unfälle zu vermeiden. Schließlich hilft das HMI durch ihre einfache Integration in andere Systeme, die Datenverwaltung zu zentralisieren, was eine bessere Analyse und eine kontinuierliche Verbesserung der industriellen Prozesse fördert.
Zusammengefasst liegt die Bedeutung des HMI in modernen industriellen Umgebungen in ihrer Fähigkeit, Abläufe sicherer, effizienter und besser vernetzt zu machen.
Welche verschiedenen Arten von HMI gibt es?
Die Geschichte der Mensch-Maschine-Schnittstellen hat sich parallel zur technologischen Entwicklung verändert, und AVEVA war dabei ein wesentlicher Vorreiter, der eine maßgebliche Rolle bei der Beschleunigung dieser Innovation spielte. Ursprünglich auf einfache mechanische Bedienelemente wie Hebel und Taster ausgerichtet, entwickelten sich HMIs mit der Elektrifizierung weiter, die elektronische Schalter einführte.
Diese Entwicklung setzte sich im Computerzeitalter fort, mit grafischen Benutzeroberflächen, die komplexere Interaktionen über Touchscreens und visuelle Befehle ermöglichten. In jüngerer Zeit haben Sprachsteuerung und Augmented Reality das HMI zu intuitiven und natürlichen Plattformen weiterentwickelt. AVEVA hat diese technologischen Fortschritte integriert und so die Mensch-Maschine-Interaktion vereinfacht und effizienter gestaltet sowie die Technologie nahtlos in industrielle Prozesse eingebettet.
Im Folgenden einige gängige HMI-Typen in der Industrie:
Klassisches HMI mit Bedienpult
Dies ist eine traditionelle, in der Industrie weit verbreitete Form des HMI. Sie besteht aus einem Bildschirm, der häufig von physischen Tasten, Leuchtanzeigen und teilweise einer Tastatur ergänzt wird. Diese Art von Bedienpult wird besonders wegen ihrer Robustheit und Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Industrieumgebungen geschätzt.
Tasten-HMI
Diese HMIs gehörten zu den ersten, die in der Industrie eingesetzt wurden. Sie bieten Robustheit und Zuverlässigkeit durch klare physische Bedienelemente und sind besonders für Umgebungen geeignet, in denen präzise manuelle Eingaben erforderlich sind.
Touch-HMI
Touch-HMIs wurden eingeführt, um die Interaktion direkter und intuitiver zu gestalten. Sie nutzen Touchscreens, die den Zugriff auf Systeme und deren Bedienung erleichtern, den Schulungsaufwand reduzieren und die Ausführung von Aufgaben beschleunigen.
Sprach-HMI
Diese HMIs wurden entwickelt, um eine freihändige Bedienung zu ermöglichen. Sie stellen eine echte Revolution für Umgebungen dar, in denen Anwender gleichzeitig andere Geräte oder Materialien handhaben müssen, während sie Maschinen bedienen.
Web- oder mobiles HMI
Mit einer webbasierten HMI-Lösung können Sie Ihre Anlagen nicht nur sicher aus der Ferne überwachen und steuern, sondern den Bedienern und Instandhaltungstechnikern auch präzise und verlässliche Informationen über den Zustand und die Leistungsfähigkeit Ihrer Anlagen bereitstellen. AVEVA erweitert diese Technologie durch die Integration fortschrittlicher Funktionen für ein optimales Datenmanagement und eine bessere operative Transparenz, wodurch die Entscheidungsfindung in Echtzeit erleichtert wird.
Wie funktioniert eine HMI in einem automatisierten System?
Um zu verstehen, wie eine Mensch-Maschine-Schnittstelle in einem automatisierten System funktioniert, ist es wichtig, die verschiedenen Aspekte ihrer Interaktion mit den Anlagen und den Anwendern zu betrachten.
Kommunikation mit Steuerungen und Sensoren
Das HMI dient als Brücke zwischen den automatisierten Steuerungssystemen, wie z. B. SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen / PLC – Programmable Logic Controllers) und den verschiedenen über die Anlage verteilten Sensoren. Diese Verbindung ermöglicht es dem HMI, Befehle zu empfangen und zu senden und erleichtert so die industrielle Überwachung sowie die Steuerung mechanischer und elektrischer Prozesse.
Echtzeit-Datenmanagement
HMIs erfassen und verarbeiten Daten aus unterschiedlichen Quellen in Echtzeit. Sie ermöglichen es den Bedienern, die operative Effizienz zu überwachen, Anomalien zu erkennen und Ausfälle zu verhindern, bevor sie auftreten – mithilfe dynamischer Dashboards und prädiktiver Analysen.
Interaktion mit dem Bediener: Anzeige, Eingabe, Alarme
Die Benutzerfreundlichkeit von HMIs zeigt sich in ihrer Fähigkeit, Informationen übersichtlich darzustellen und den Bedienern eine einfache Eingabe von Befehlen zu ermöglichen. Zudem alarmieren sie das Personal bei Störungen oder Grenzwertüberschreitungen und tragen damit direkt zur Sicherheit und Effizienz industrieller Prozesse bei.
Das HMI der neuen Generation:
5 zentrale Vorteile für eine bessere Steuerung Ihrer Betriebsabläufe
1 Eine leistungsstarke Grafik-Engine fördert ein besseres Situationsbewusstsein
Oft verfügen Anwender aufgrund einer mangelhaften Benutzeroberfläche (UI) und Benutzererfahrung (UX) nicht über relevante Übersichten und Visualisierungen. Die Fortschritte in der Visualisierungstechnologie bieten den Nutzern heute jedoch die nötige Klarheit, um die jüngste Vergangenheit, die Gegenwart und die vorhersehbare Zukunft zu verstehen. Dadurch erreichen sie ein deutlich besseres Situationsbewusstsein.
Bediener erzielen wesentlich bessere Ergebnisse, wenn sie effektive Visualisierungen nutzen, um Probleme zu identifizieren, zu beheben und die operative Performance zu verbessern. Das Bewusstsein für kritische Betriebszustände war noch nie so einfach wie heute. Dank fortschrittlicher Software – von Diagrammen über Assistenten bis hin zu Modellen und grafischen Elementen – werden eine angereicherte User Experience sowie kontextualisierte Informationen in Echtzeit bereitgestellt. Wenn Bediener Zugriff auf Echtzeitinformationen und zuverlässige Daten haben, können sie anomale Ereignisse und Abweichungen schnell erkennen und korrekt darauf reagieren.
2 Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle – überall und jederzeit zugänglich
HMI-Lösungen der neuesten Generation bieten Echtzeit-Visualisierungen, die eine Lokalisierung durch den dynamischen Sprachwechsel zur Laufzeit unterstützen. Sie sind von Grund auf für Web, Mobile und Cloud konzipiert. Eine neue Generation vernetzter Mitarbeitender kann so jederzeit und von überall auf die Aktivitäten der Fabrik zugreifen.
Die native Cloud-Integration ermöglicht es Anwendern, Variablendaten in die Cloud zu übertragen und so die Erstellung von Betriebsberichten, Diagrammen und Dashboards zu erleichtern. Lösungen mit QR-Code-Reader erlauben es den Bedienern, jedes beliebige Smart Device zu nutzen, um einen Code zu scannen und dynamische HMI-Bildschirme oder Benutzeroberflächen, Arbeitsanweisungen oder sonstige kontextbezogene Informationen anzuzeigen.
Von der Lagerverwaltung bis zum Zugriff auf standardisierte Arbeitsanweisungen sind die Möglichkeiten von QR-Codes nahezu unbegrenzt. Darüber hinaus erlauben hybride Cloud-Architekturen, klassische HMI-Anzeigen, die ursprünglich für Desktop-Umgebungen konzipiert wurden, ohne Re-Engineering im Web bereitzustellen.
3 Engineering-Effizienz durch modernes Design und moderne Ergonomie
Bediener sind keine Entwickler, und ihre Kenntnisse in Programmierung und Skripting unterscheiden sich stark. Sie müssen in der Lage sein, Konfigurationsänderungen ohne die Hilfe eines „Superadministrators“ oder eines Python-Programmierers vorzunehmen. Die richtige Lösung besteht darin, den Anwendern die Freiheit und Flexibilität zu geben, eigene individuelle Ansichten und Dashboards zu erstellen, ohne Programmierung, Skripting oder andere Entwicklungstools zu benötigen.
Per Drag-and-Drop können Benutzer dynamische, konsistente Visualisierungen und individuelle HMI-Anwendungen auf jeder SPS (API), RTU, jedem mobilen Endgerät oder Betriebssystem bereitstellen – unabhängig von Größe oder Hersteller.
Die Einführung einheitlicher grafischer Standards auf allen Geräten hilft den Bedienern, sich schneller mit der Software vertraut zu machen und effizienter zu arbeiten – unabhängig vom verwendeten Endgerät. Da eine hybride Architektur die Cloud-Speicherung und das Datenmanagement unterstützt, können Visualisierungen team- und standortübergreifend standardisiert und wiederverwendet werden.
Darüber hinaus sparen Applikations-Templates viele Stunden Engineering-Aufwand. Anwender können mit einer Vorlage beginnen – von denen einige als Standardfunktionen verfügbar sind –, um ein HMI zu entwickeln. Systemintegratoren können ihre Engineering-Projekte in mehreren Projekten wiederverwenden. Maschinenbauer können ihren Endanwendern Basisanwendungen bereitstellen. Neue Benutzer können dadurch deutlich schneller produktiv werden.
4 Unbegrenzte Skalierbarkeit und Flexibilität
Eine HMI-Lösung der neuen Generation muss es Unternehmen ermöglichen, sich einfach an ihr Wachstum anzupassen – ohne zusätzliche inkrementelle Kosten. Unternehmen sollten insbesondere Lösungen bevorzugen, die eine unbegrenzte Nutzung in Bezug auf Lizenzen, vor allem aber eine unbegrenzte Anzahl von SPS-I/Os sowie archivierten Variablen bieten.
Für Unternehmen, die vielen internen und externen Anwendern Zugriff ermöglichen müssen, sollte die ideale Lösung zudem eine unbegrenzte Nutzung von Web- und Mobile-Clients erlauben.
Unternehmen benötigen eine leistungsfähige und zuverlässige Lösung, die in der Lage ist, mehrere Hunderttausend SPS-I/Os zu erfassen und damit verbunden auch Archivierungskapazitäten in derselben Größenordnung bereitzustellen – bei gleichzeitig hoher Performance in der Datenerfassung wie auch in der anschließenden Datenanalyse.
Die tatsächlichen Kosten für die Implementierung einer HMI-Softwarelösung umfassen Lizenzkosten, Entwicklungs- und Engineering-Kosten sowie Wartungskosten über die gesamte Lebensdauer des Projekts. Unternehmen müssen daher sicherstellen, dass die HMI-Lösung die wesentlichen Fragen des Projektlebenszyklus abdeckt und beherrscht: Entwicklungseffizienz, funktionale Weiterentwicklung, Wartung und Diagnose.
5 Sichere HMI-Software
Sicherheit ist ein zentrales Thema. Unternehmen müssen ein HMI mit integrierten Sicherheitsfunktionen wählen, um dem wachsenden Bedarf an fortschrittlicher Cybersicherheit gerecht zu werden. Eine Lösung, die den hybriden Cloud-Betrieb unterstützt, bietet das Beste aus beiden Welten. Remote-Anwender können sicher von außen über jeden HTML5-konformen Webbrowser auf das Netzwerk zugreifen.
Die richtige HMI-Lösung muss Sicherheitsfunktionen bieten, die die Verschlüsselung der Datenkommunikation, SSL/HTTPS sowie die Nutzung der neuesten Microsoft-Bibliotheken gewährleisten. Die Integration von Microsoft Active Directory und Microsoft Azure ermöglicht Single Sign-on und Multi-Faktor-Authentifizierung. Ebenso wichtig ist, dass eine Lösung kein JAVA verwendet, da dies einen erhöhten Angriffsvektor darstellt. Ein führender Anbieter stellt sicher, dass jede neue Version von einem Team erfahrener Cybersicherheitsexperten geprüft wird, um sicherzustellen, dass sie noch sicherer und robuster als die vorherige Version ist.
In welchen Branchen wird das HMI eingesetzt?
Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, was ihre Vielseitigkeit und ihre entscheidende Bedeutung für die Steuerung automatisierter Prozesse und die Überwachung von Systemen widerspiegelt. Nachfolgend einige der wichtigsten Einsatzbereiche:
Fertigungsindustrie
HMIs sind in Fabriken unerlässlich, um Produktionslinien zu steuern, Anlagen zu überwachen und Fertigungsprozesse zu optimieren.
- In einem Werk zur Herstellung elektronischer Bauteile ermöglicht ein HMI den Bedienern, Produktionsparameter wie Temperatur oder die Geschwindigkeit des Montagebandes zu überwachen und bei Abweichungen von den festgelegten Standards schnell zu reagieren. So werden Qualität und Effizienz der Produktion sichergestellt.
Lebensmittel- und Getränkeindustrie
HMIs helfen bei der Überwachung und Steuerung von Lebensmittelproduktionsprozessen – von der Verpackung bis zur Qualität und Produktsicherheit.
- In einer Getränkeabfüllanlage unterstützt das HMI die Steuerung des Misch- und Abfüllprozesses, überwacht Flüssigkeitsstände, passt die Dosierung der einzelnen Zutaten an und alarmiert die Bediener bei Störungen oder potenziellen Verunreinigungen, um die Einhaltung von Qualitäts- und Sicherheitsstandards zu gewährleisten.
Automobilindustrie
HMIs werden zum Testen und Montieren von Fahrzeugkomponenten eingesetzt und erleichtern die Programmierung von Robotern sowie die Verwaltung automatisierter Montagelinien.
- An einer Fahrzeugmontagelinie unterstützt das HMI die Techniker bei der Programmierung von Robotern für präzise Aufgaben wie Schweißen oder den Einbau spezifischer Komponenten und liefert gleichzeitig eine Rückmeldung in Echtzeit über die Leistung und mögliche auftretende Probleme.
Energiewirtschaft
Im Energiesektor, insbesondere in Kraftwerken sowie in Anlagen zur Öl- und Gasverarbeitung, ermöglichen HMIs die Überwachung und Steuerung kritischer Prozesse.
- In einem Windkraftwerk erlaubt ein HMI den Ingenieuren, Windgeschwindigkeit und Energieerzeugung in Echtzeit zu überwachen, Parameter zur Maximierung der Effizienz anzupassen und frühzeitig Anzeichen von Anlagenstörungen zu erkennen, um kostspielige Unterbrechungen zu vermeiden.
Gesundheitswesen
Sie werden zur Informationsverwaltung und zur Steuerung medizinischer Geräte eingesetzt und verbessern so die Effizienz der Behandlungen sowie die Sicherheit der Patienten.
- In einem Krankenhaus werden HMIs zur Steuerung radiologischer Geräte genutzt. Sie ermöglichen es den Technikern, die Geräteeinstellungen präzise zu konfigurieren, medizinische Bilder zu visualisieren und den Zustand der Patienten während der Untersuchungen zu überwachen – was die Sicherheit und Effizienz der Diagnostik erhöht.
Transportwesen
HMIs sind in Verkehrsmanagementsysteme und in die Überwachung von Infrastrukturen integriert und tragen zur Sicherheit und Effizienz von Verkehrsnetzen bei.
- In der Flugverkehrskontrolle ermöglicht ein HMI im Kontrollzentrum den Fluglotsen, Flugrouten zu visualisieren und zu steuern, mit den Piloten zu kommunizieren und sicherzustellen, dass alle Abläufe sicher und effizient ablaufen.
Das richtige HMI auswählen:
Welche Kriterien sind zu berücksichtigen?
Nachdem wir gemeinsam die wesentlichen Aspekte der Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) betrachtet haben, gilt es nun, die Lösung zu wählen, die Ihren spezifischen Anforderungen am besten entspricht. Die Auswahl eines geeigneten HMIs erfordert die sorgfältige Berücksichtigung mehrerer zentraler Kriterien wie Kompatibilität mit Steuerungen, Erweiterungsfähigkeit, Klarheit der Benutzeroberfläche und Ergonomie. Jedes dieser Elemente spielt eine entscheidende Rolle für eine optimale Unterstützung der Betriebsabläufe und die Effizienz Ihres automatisierten Systems.
Benutzeroberfläche: Klarheit, Ergonomie, Personalisierung
Klarheit, Ergonomie und Personalisierung sind wesentliche Kriterien, die die Leistungsfähigkeit einer Benutzeroberfläche bestimmen. Sie gewährleisten eine intuitive Interaktion mit dem System, steigern die Produktivität und reduzieren Fehler.
Bereits vor fast zehn Jahren befasste sich ein Artikel von Factory Software mit diesen Themen und hob die Bedeutung des Situationsbewusstseins in der HMI hervor. Anhand der AVEVA-Software zeigte dieser Artikel, wie ein durchdachtes Design ein sofortiges Verständnis von Alarmen und Betriebszuständen ermöglicht und den Fortschritt unseres Ansatzes für angepasste und effiziente Benutzeroberflächen verdeutlicht.
Kompatibilität mit bestehenden Steuerungen und Protokollen
Die Kompatibilität mit bestehenden Steuerungen und Kommunikationsprotokollen ist für ein HMI essenziell. Sie ermöglicht die Integration mit verschiedensten Geräten, etwa speicherprogrammierbaren Steuerungen von Schneider Electric, Siemens oder Allen-Bradley. Ebenso werden Kommunikationsstandards wie OPC UA unterstützt, was eine effiziente Interaktion zwischen den verschiedenen Komponenten des industriellen Steuerungssystems ermöglicht. Diese Interoperabilität ist entscheidend für Flexibilität und operative Effizienz in modernen Industrieumgebungen.
Erweiterungs- und Updatefähigkeit
Die Fähigkeit zur Weiterentwicklung und Aktualisierung eines HMIs ist entscheidend, damit das System mit technologischen Veränderungen Schritt halten und neue operative Anforderungen erfüllen kann. Ein skalierbares HMI ermöglicht es Unternehmen, Software-Updates durchzuführen, neue Funktionen zu integrieren, die Sicherheit zu verbessern und die Benutzeroberfläche zu optimieren – ohne kostenintensive Ersatzinvestitionen. Dadurch wird die langfristige Nutzungsdauer und Relevanz der Lösung in einer sich schnell wandelnden Industrielandschaft gesichert.
Abschließend lässt sich festhalten: Das richtige HMI kann die Produktivität und Effizienz eines Unternehmens maßgeblich verändern. Studien zeigen, dass moderne HMIs die Produktivität um 20 bis 30% steigern können – dank verbesserter Ergonomie und intuitiverer Systeminteraktion (Quelle: IDC).
Insbesondere AVEVA InTouch verkörpert diesen Trend eindrucksvoll und gilt als Referenzlösung am Markt – aufgrund der Integration fortschrittlicher Technologien und der umfassenden Protokollunterstützung. Mit einer durchdachten Wahl einer HMI-Lösung wie AVEVA InTouch können Unternehmen nicht nur aktuellen Herausforderungen begegnen, sondern sich auch flexibel auf zukünftige Entwicklungen einstellen und so ihre Wettbewerbsfähigkeit in einem sich ständig verändernden industriellen Umfeld sichern.
