Mit der zunehmenden Digitalisierung von Fertigungsprozessen werden Maschinen und Anlagen zukünftig mehr als eine Aufgabe erfüllen, enger mit anderen Systemen vernetzt sein und sogar teilweise autark arbeiten. Gleichzeitig steigt die Erwartungshaltung der Anwender an die Usability von Systemen im Produktionsumfeld: Auch komplexe Maschinen und Anlagen sollen möglichst einfach zu bedienen sein – so, wie es der Anwender von alltäglichen Geräten wie Smartphones gewohnt ist. Zusätzlich wird die Bedienerfreundlichkeit auch zu einem wirtschaftlichen Aspekt in der Produktion: Unternehmen sind darauf angewiesen, dass sich ihre Mitarbeiter schnell und ohne aufwendige Schulungen an neuen Anlagen zurechtfinden – und erwarten zunehmend von ihren Maschinen- und Anlagenbauern entsprechende Lösungen für die Anlagenbedienung.

Zentrales Kriterium für Akzeptanz und Produktivität

Mit einem nutzerorientierten HMI lassen sich diese Anforderungen erfüllen. Mit ihm sind Anwender in der Lage, sicherer, effizienter und produktiver zu arbeiten. Entsprechende Visualisierungslösungen erleichtern außerdem Schulung und Einarbeitung und bieten daher einen echten Mehrwert – was das HMI-Design auch zu einem zentralen Kriterium für die Akzeptanz einer Maschine oder Anlage und zu einem Differenzierungsmerkmal für den Maschinen- und Anlagenbauer macht. 

Entwickler von HMI-Designs im industriellen Umfeld müssen umdenken: weg vom funktionalen Abbilden der Anlage/Maschine. Wichtig ist, sich in den Nutzer hineinzuversetzen und die Visualisierung auf die Arbeiter in der Produktion zuzuschneiden.

© Siemens

Aufgrund der fortschreitenden technologischen Möglichkeiten lassen sich verschiedenste Lösungen für die Maschinenbedienung implementieren. Dabei zeigt sich allerdings, dass es entscheidend darauf ankommt, wie die Bedienoberflächen gestaltet werden, damit der Anwender in seiner Arbeit wirkungsvoll unterstützt und nicht durch ein Überangebot an Optionen eher verwirrt als informiert wird. Deshalb ist es eher eine Frage der richtigen Herangehensweise als eine Frage der Technik, ob das HMI-Design den Ansprüchen des Anwenders genügt.

Aus diesem Grund investieren viele Maschinen- und Anlagenbauer verstärkt in ein gutes, benutzerorientiertes Design ihrer HMI-Lösungen. Dabei stehen sie oft vor der Herausforderung, dass ihre Entwicklerteams bereits mit der Umsetzung der eigentlichen Anlagenautomatisierung gut ausgelastet sind. Erschwerend kommt hinzu, dass die Mitarbeiter nicht die richtigen Kompetenzen im Bereich Design und Usability besitzen, um eine anwender- und nutzerzentrierte Visualisierungslösung entwickeln und umsetzen zu können. So steht den Vorteilen einer gut gestalteten Bedienoberfläche oft ein vergleichsweise hoher Initialaufwand für Einarbeitung und Implementierung gegenüber – und die Scheu, sich mit HMI-Design zu befassen, ist gerade im eher technisch geprägten Engineering-Umfeld hoch.

Dabei gelten für die Gestaltung eines HMIs im industriellen Umfeld die gleichen Grundregeln und Prinzipien wie bei der Gestaltung anderer Benutzeroberflächen, so Oliver Gerstheimer. Als Gründer und Geschäftsführer von Chilli Mind, einem Think Tank für digitale Innovation und User Experience Design, setzt er sich für eine durchdachte Gestaltung von digitalen Produkten und Services ein. Er ist überzeugt, dass sich auch im industriellen Umfeld neue Interaktionsformen durchsetzen werden. Entwickler müssen dann in der Lage sein, diese Anforderungen spielerisch wie präzise – und das heißt vor allem: benutzer- und kontextzentriert – abzubilden. Aber, so Oliver Gerstheimer weiter: „Ganz egal, ob ich vergleichsweise wenig Spielraum bei der Gestaltung der Benutzerinteraktion habe oder viel – es gibt immer Grundregeln, Muster und Prinzipien, an die ich mich halten sollte.“ Daher engagiert sich Oliver Gerstheimer zusammen mit Siemens dafür, Entwicklern in der Industrie den Einstieg in nutzerorientiertes HMI-Design zu erleichtern: Die HMI Design Masterclass (ein webbasiertes Training im Videoformat) zeigt auf, wie eine strukturierte Herangehensweise zu ergonomischen, fehlervermeidenden und klaren Bedienlösungen führt, die aufwandsarm zu implementieren sind und den Anwender optimal im Arbeitsalltag unterstützen. Schritt für Schritt erläutern die Videos der Masterclass die wesentlichen Teile des Designprozesses. Folgende Themenschwerpunkte werden im Detail behandelt:

• Interaktion neu denken
• Kontext analysieren
• Interaktion konzipieren
• Design bewerten
• Prototypen bauen und testen
• Design verfeinern
• Mehrwerte kommunizieren

So können sich auch ‚Nicht-Designer‘ mit den Grundlagen guten HMI-Designs vertraut machen und erhalten praktische Tipps und Faustregeln für die Gestaltung von Visualisierungslösungen.

Effiziente Integration in den Engineering-Workflow

Mit modernen Softwaretools wie dem Simatic Visualization Architect (SiVArc) lassen sich Visualisierungslösungen auf Basis des SPS-Programms anhand einer Bausteinbibliothek automatisch generieren.

© Siemens

Ist diese erste Hürde einmal genommen, stehen Anwendern mittlerweile leistungsfähige Tools zur Verfügung, mit der sich die Umsetzung der Visualisierungslösung effizient in den Engineering-Workflow integrieren lässt. So unterstützt die TIA-Portal-Option Simatic Visualization Architect – kurz ‚SiVArc‘ – von Siemens die automatische Generierung von Visualisierungslösungen auf Basis des SPS-Programms. Voraussetzung ist lediglich, dass der Anwender eine standardisierte HMI-Lösung auf Basis der Bibliotheken im TIA Portal entwickelt hat. Ist das der Fall, kann mit SiVArc anhand von Regeln auf Knopfdruck eine fertige Visualisierungslösung mit allen Variablen, Bildern, Bildobjekten und Textlisten für das jeweilige Endgerät erstellt werden. Das Besondere dabei: Die Visualisierung kann auch in Abhängigkeit von mehreren PLC-Programmen erstellt werden. Durch die automatische Generierung des HMI entfallen viele identische Arbeitsschritte, was die Engineering-Mitarbeiter von Routine-Aufgaben entlastet und gleichzeitig das Risiko von Fehlern reduziert. Die fertige Lösung basiert dann auf den getesteten Bausteinen aus der TIA-Portal-Bibliothek und hat dadurch von Anfang an eine höhere Projektqualität. Änderungen im SPS-Programm können automatisch nachgezogen werden, und gerade bei modularen Maschinen und Anlagen lassen sich mit SiVArc verschiedene Konfigurationen leicht in der Visualisierung abbilden – die Optionen werden einfach aus dem SPS-Programm ausgelesen und in der Maschinenvisualisierung angelegt oder angepasst.

Investition in die Zukunft

Auch wenn der Einstieg in nutzerorientiertes HMI-Design an vielen Stellen ein gewisses Umdenken erfordert, zahlen sich die Investitionen in Design und Usability aus. 

Da die Bediener intuitiver mit den Systemen umgehen können, sinkt der Aufwand für die Einarbeitung, Schulung und Service. Davon profitieren sowohl Anwender wie auch Maschinen- und Anlagenbauer: Der Bediener erhält ein attraktiveres Gesamtpaket, das ihn bei seiner Arbeit gut unterstützt und den Umgang mit zunehmend komplexeren Systemen erleichtert – und der Maschinen- und Anlagenbauer kann mit einer modernen, attraktiven Visualisierung punkten, die sich effizient implementieren, anpassen und weiterentwickeln lässt.

Welche Bedeutung das HMI-Design für die Produktivität im industriellen Umfeld hat, zeigen nicht nur die zahlreichen Negativ-Beispiele, die wohl jeder Anwender bereits erlebt hat: Fehlende oder unverständliche Auswahlmöglichkeiten, missverständliche oder sogar irreführende Anweisungen sind eine nicht zu unterschätzende Fehlerquelle in der Fertigung. Auch Unternehmen wie Siemens haben HMI-Design als Schlüssel für die Akzeptanz einer Maschine oder Anlage identifiziert und engagieren sich gemeinsam mit Partnern dafür, dass die Visualisierung nicht mehr nur als funktionale Ergänzung der eigentlichen Automatisierung gesehen wird, sondern als zentrales Element für Produktivität und Effizienz. 

So hat Siemens einen eigenen HMI Design Award ausgelobt, bei dem innovative Visualisierungslösungen ausgezeichnet werden, die den Anwender in den Mittelpunkt stellen.

Parallel arbeitet das Unternehmen an weiteren Lösungen für die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, um sowohl die technologischen Möglichkeiten auszuloten als auch der steigenden Erwartungshaltung der Anwender zu entsprechen – so ist es durchaus denkbar, dass Funktionen wie die Gesichtserkennung etwa die Passworteingabe auch im industriellen Umfeld ersetzen kann oder dass Mitarbeiter in der Fertigung oder in der Instandhaltung durch Sprachassistenten unterstützt werden. Spätestens dann werden sich Unternehmen mit einer Vielzahl von Interface-Konzepten befassen müssen – umso besser, wenn die Grundlagen für ein anwenderorientiertes, intuitives Design der Mensch-Maschine-Interaktion bereits gelegt sind, egal, auf welchem Gerät oder in welchem Kontext dann Dialoge mit Maschinenschnittstellen stattfinden.

Autor: 
Felix Kranert ist zuständig für Marketing im Bereich Human Machine Interface (HMI) bei Siemens.

Was macht ein gutes Human Machine Interface aus?

Dazu Oliver Gerstheimer, UX-Experte und Geschäftsführer Chilli Mind:

"Der Aufwand lohnt sich!" Oliver Gerstheimer, UX Experte und Geschäftsführer bei Chilli Mind.

© Siemens

„Ein gutes Benutzerinterface ist sowohl ästhetisch als auch funktional: Es lässt sich gut bedienen und es macht darüber hinaus – genau deswegen – Spaß, damit zu arbeiten. Das gilt auch und vor allem für HMI-Design in der Industrie. Hier stehen wir am Anfang einer spannenden Entwicklung, bei der sich die rein funktionale Bedienung zu einer spielerischen, dialogorientierten Bedienung wandelt. Ganz plakativ gesagt: Weg von der Vielzahl der Bedienmöglichkeiten auf einer Oberfläche hin zu einem logischen, ergonomischen Bedienablauf und einem echten Zusammenspiel zwischen Benutzer und Maschine. Mit einer guten, sauberen HMI-Architektur unterstütze ich aber nicht nur den Benutzer, sondern spare auch Zeit und Aufwand. Eine harmonische, einheitliche Bedienlogik erleichtert die Arbeit an und mit der Maschine. 

Deswegen haben wir bei Chilli Mind und Siemens gemeinsam eine HMI Design Masterclass ins Leben gerufen. Damit wollen wir dazu beitragen, dass es ein größeres Bewusstsein dafür gibt, was gute Gestaltung bewirken und nutzen kann – denn eine Maschine kann noch so gut sein, wenn der Anwender nicht damit zurechtkommt, wird sie sich am Markt trotzdem nicht behaupten. In der Masterclass wollen wir einerseits Tipps und Tricks für gute Gestaltung vermitteln und andererseits den Teilnehmern Argumente liefern, warum Design so wichtig ist und sich der Aufwand dafür lohnt – und außerdem, wie sie den Mehrwert von gutem Design intern und extern verkaufen können.“