Inwieweit hat die Corona-Pandemie die Trends im Bereich HMI bestimmt?

Stephan Meyer-Loges: Die Corona-Pandemie führte dazu, dass Hygieneaspekte mehr in den Vordergrund gerückt sind. So müssen Bedieneinheiten komplett desinfizierbar sein. Kunden achten mehr auf einen fugenlosen Einbau, das heißt, am Ende sollen möglichst viele Schmutzkanten vermieden werden. Glücklicherweise entwickeln wir unsere HMIs schon seit Jahren so, dass sie sich nahtlos integrieren lassen. Außerdem wird deutlich mehr über alternative Bedienkonzepte nachgedacht.

Wie beeinflussen Aspekte der Hygiene die Entwicklung neuer Bedieneinheiten?

Meyer-Loges: Vor allem die Materialen beeinflusst das mitunter stark. Tatsächlich steigert es den Dokumentationsaufwand, denn es muss dargelegt werden, wie Materialien zu reinigen sind. Beispielsweise sind sichtbare, lackierte Kunststoffe in der Regel nicht desinfektionsmittelbeständig. Außerdem bleiben beim nahtlosen Einbaukonzept immer noch Fugen: Gerade bei der Integration eines HMI wird dieses Thema durch den hygienischen Aspekt immer relevanter. Mit Blick auf die Bedürfnisse unserer Kunden im lebensmittelverarbeitenden und medizinischen Bereich, haben wir bereits voriges Jahr ein robotergestütztes, automatisiertes Verfugungssystem in unsere Fertigung integriert. Das kommt uns jetzt zugute.

Stephan Meyer-Loges, Leiter des Produktmanagements bei Garz & Fricke in Hamburg.

© Garz&Fricke

Welche Rolle spielt die Software bei neuen Bedienkonzepten?

Meyer-Loges: Ich bin der festen Überzeugung, dass Software im Bereich der Bedieneinheiten und HMIs eine immer größere Rolle spielen wird. Durch Smartphones haben wir gelernt, dass sich Geräte über Software individuell anpassen lassen; aktuell sieht man diesen Trend auch ganz stark im Automotive-Bereich. Und gerade in Bereichen, in denen Produkte eine längere Lebenserwartung haben, ist es für Hersteller ein riesiger Wettbewerbsvorteil, wenn sich Geräte immer wieder durch Software an die Gegebenheiten anpassen lassen. So kann das Aussehen und die Art der Benutzung des Geräts angepasst und modernisiert werden. Das bedeutet zudem, dass selbst etwaige Fehler und Schwachstellen während des laufenden Betriebs behoben werden können. Viel wichtiger ist aber der Fakt, dass diese Konzepte die Möglichkeit bieten, über Software den Lieferumfang anzupassen, also Funktionen hinzuzufügen, zu verändern, zu entfernen oder aber nur für eine begrenzte Zeit zuzulassen.

Durch Software wäre es aber auch möglich, Maschinen und Anlagen über das eigene Smartphone zu steuern, sodass man gar kein lokales HMI mehr benötigt…

Meyer-Loges: Bedingt ist das möglich, die Art und Weise wie es geht, haben wir mit dem Remote Touchsystem gezeigt: Damit ausgestattete HMIs lassen sich mit dem Smartphone bedienen, ohne dass der Nutzer sich eine proprietäre App runterladen muss. Die Bedienung mit dem mobilen Endgerät bleibt aber ein Zusatznutzen. Unsere HMIs werden in den verschiedensten Bereichen eigesetzt – von Medizin- und Gebäudeapplikationen bis hin in die Industrieautomation – und viele dieser Orte eignen sich nicht dafür, in der Bedienung komplett auf persönliche Geräte reduziert zu werden. Die lokale Steuerung hat Vorteile, zum Beispiel wenn man das Handy vergessen hat, die Internetverbindung gerade nicht sauber aufgebaut werden kann oder aber auch in Bezug auf wichtige Sicherheitsaspekte – der Bediener muss während des Betriebs anwesend sein.

Über diese Punkte hinaus – welche Differenzierungsmerkmale entstehen durch Software?

Meyer-Loges: Ich glaube, der Funktionsumfang einer Software differenziert die wenigsten Geräte. Am Ende kann durch Software theoretisch jeder einen sehr ähnlichen Funktionsumfang von unterschiedlichen Herstellern beziehen. Die eigentliche Differenzierung liegt in der Einfachheit der Integration dieser Softwarelösung und da liegt auch unsere Stärke.

Sie sprechen von Interoperabilität?

Meyer-Loges: Interoperabilität, klar, doch die eigentliche Differenzierung für Hersteller wie Garz & Fricke ist nicht der Umfang der Softwarelösung, sondern die Art und Weise, wie einfach sich das System beim Gerätehersteller integrieren lässt. Denn im Zweifel kann er die Software auch von einem Drittanbieter beziehen. Bei uns aber bekommt er alles aus einer Hand: eine komplette Schnittstelle mit Betriebssystem, Dokumentation et cetera.

Welche Geschäftsmodelle entstehen durch und mit Software?

Meyer-Loges: In erster Linie muss man Software als eigenständiges Produkt sehen, welches mit unserem HMI ausgeliefert wird: zwei Komponenten, aus dem ein Gesamtsystem entsteht. Am Ende bietet es uns unglaublich viele Möglichkeiten: Hardware muss ausgetauscht werden, möchte man Features anpassen, durch Software können Features nach- und umgerüstet werden – sofern das auch in der Hardware von vornherein angedacht war. Und klar, dadurch ergeben sich neue Geschäftsmodelle: Die Software-Services sind vorhanden, wenn man sie aber nutzen möchte, muss man dafür bezahlen.

Neue Bedienkonzepte - Top oder Flop?

Werden in Zukunft Gesten- und Sprachsteuerungen die Trends bestimmen?

Meyer-Loges: Die Vielfalt der Interaktionsmöglichkeiten steigt immer weiter an: vom Touchscreen, den ich berühren muss, über ein Remote Touchsystem, bei dem ich mit meinem persönlichen Smartphone die Bedienung vornehmen kann, bis hin zu Sprach- und Gestensteuerung. Das hat nicht unbedingt mit Trends zu tun, sondern letztendlich mit der Möglichkeit, für ein spezifisches Endgerät die optimale Interaktionsmöglichkeit mit dem Nutzer wählen zu können: In einer lauten Umgebung ist eine Sprachsteuerung wenig sinnvoll und wenn man die Hände nicht frei hat, kann man mit einer Gestensteuerung relativ wenig anfangen. Letztendlich werden die Applikation und deren Umfeld das Bedienkonzept bestimmen.

Welchen Einfluss haben solche Trends und auch die Software auf die Rechenkapazität und auf die Hardware-Entwicklung?

Meyer-Loges: Die Rechenleistung steigt in allen Bereichen, aber es ist nicht grundsätzlich ein ‚höher, schneller, weiter‘ zu beobachten. Damit möchte ich sagen, der Markt verlangt nicht nach einer General-Purpose-Hardware, die alles kann. Die Bandbreite der Komponenten ist groß: vom einfachen Mikrocontroller bis hin zum Mikrocontroller mit Special Features wie Indus-trial Ethernet mit Echtzeit-Fähigkeit oder mit speziellen Kamera-Engines, von einfachen Prozessorsystemen bis hin zu High-Performance-SoCs. Durch die Vielfalt steigen aber auch die Anforderungen an die Entwickler: Komponenten mit neueren Technologien und höheren Bandbreiten verlangen ein unglaubliches Augenmerk im Leiterplattendesign, um einwandfrei und über den kompletten Temperaturbereich stabil funktionieren zu können. Das er-fordert viel mehr Vorarbeit, als es vielleicht vor sechs Jahren mit der Technologie war, die es im Indus-trial-Bereich gibt.

Auch nach außen geführte Schnittstellen haben Auswirkung auf das Hardware-Design: USB 3 bietet im Vergleich zu USB 2 mehr Funktionen als nur einen Speicherstick oder eine Maus anzuschließen, zum Beispiel Power Delivery. Diese Features aber bringen neue EMV-Anforderungen mit sich, die sich nicht nur auf das Hardware-Design des HMI, sondern auf das gesamte Gerätedesign auswirken. Dadurch werden auch Zulassungs- und Zertifizierungsfragen immer komplexer.

Stephan Meyer-Loges, Leiter des Produktmanagements bei Garz & Fricke in Hamburg.

© Garz&Fricke

Unabhängig von Corona – was sind die größten Trends in dem Bereich?

Meyer-Loges: Es geht weiter wie in den letzten Jahren: die Bildschirmauflösung steigt, ebenso die Leistungsfähigkeit der Prozessoren und damit die Anforderung an die Software-Entwicklung. Auch alternative Interaktionskonzepte wie Gesten- und Sprachsteuerung werden uns in den nächsten Jahren definitiv beschäftigen und damit die Fragen: Wo und wie wird ein Produkt genutzt? Wie will der Mensch am Ende mit dem Produkt interagieren – mit Natural Speech oder mittels Keyword-basierter Sprachsteuerung? Wie lässt sich das Konzept umsetzen? Wie tief ist die Integration – schon in einer Vorkomponente wie einem HMI oder doch erst im Endgerät? Außerdem wird die Möglichkeit zum Anschluss von Kameras und Mikrofonen an Bedeutung gewinnen. Aber wo auch immer die Datenauswertung stattfinden wird, im Gerät oder in der Cloud, vorher muss geklärt werden, welches Ziel erreicht werden soll.

Können Sie Daten auf Ihren HMIs an der Edge verarbeiten?

Meyer-Loges: Aber sicher! Neue Prozessoren wie der i.MX 8M Plus von NXP bringen zum Beispiel eine Neural Network Engine mit. Das heißt, ein Teil des Prozessors ist nur dafür da, Machine-Learning-Algorithmen auszuführen. Das Thema ist bei industriellen Systemen noch relativ neu, birgt jedoch viele Chancen. Das heißt, die Gedankenwelt fängt langsam an zu kreisen: Was kann ich machen? Welche Vorteile ergeben sich damit? Und welche Auswirkungen hat es eventuell auch? Kann man beispielsweise im öffentlichen Raum eine Kaffeemaschine platzieren, die über Künstliche Intelligenz Gesichter auswertet und dem Nutzer am Ende einen doppelten Espresso anbietet, weil er gerade sehr müde aussieht? – Funktioniert das datenschutzrechtlich? Hier gibt es vieles zu beachten und wir stehen noch ganz am Anfang einer spannenden Entwicklung.

Wie nutzt Garz & Fricke Künstliche Intelligenz, jetzt und in Zukunft?

Meyer-Loges: Halbleiter mit dedizierter KI-Einheit kommen erst im nächsten Jahr auf den Markt, und ab dann werden wir sie definitiv nutzen. Aber auch ohne Hardwarebeschleunigung haben wir bereits Applikationsbeispiele gezeigt, die KI-Funktionen in der CPU abbilden, zum Beispiel eine Objekterkennung in einem Videostream. Die Chance für uns ist groß: Wir können mit unseren Kunden in die Diskussion gehen und den Nutzen einer Neural Network Engine in einem HMI aufzeigen. Beispielsweise könnte eine rotierende Komponente in der Maschine via Mikrofon und KI überwacht und über die Bedieneinheit gegebenenfalls Fehler- und Warnmeldungen ausgegeben werden. Das bringt Vorteile in der Lebensdauer solcher Geräte, erhöht die Effizienz einer Anlage und wirkt letztendlich auf die Kundenbindung ein.

Mit KI einher geht natürlich das Thema Datenschutz. Ich glaube, die Entwicklungstätigkeit muss zukünftig deutlich weiter gefasst werden als bisher. Entwickler müssen sich deutlich mehr Gedanken machen, welche Auswirkungen eine Innovation hat und an welche Gesetzesgrenze man eventuell gelangt. Musste man sich früher Gedanken über Maschinensicherheit machen, muss man sich heute damit auseinandersetzen, welche Datenschutzrichtlinien eventuell verletzt werden könnten. Da gibt es viele Grauzonen und regulatorische Herausforderungen.

Vor sechs, sieben Jahren beschäftigten wir uns mit kapazitiven Touchscreens, heute denken wir darüber hinaus: Die Möglichkeiten, die sich ergeben, werden einfach immer mehr und das ist eine unglaublich spannende Zeit.

Man muss nur lernen, die Komplexität zuzulassen…

Meyer-Loges: …oder im Sinne einer bewussten Simplifizierung reduzieren, gerade in Bereichen, wo man sie nicht mehr beherrschen kann. Vielleicht gibt es am Ende nicht mehr denjenigen, der alles beherrscht, sondern man muss sich darauf fokussieren, was am besten zu einem passt.