Bedienoberflächen im Consumer-Bereich sind in der Regel auf Usability, Interaktivität und User-Experience abgestimmt, da diese mehrere Zielgruppen mit unterschiedlichen Vorkenntnissen adressieren. So muss beispielsweise eine Textverarbeitung von Schülern und Senioren gleichermaßen bedienbar sein.

Unter diesem Einfluss werden beim Benutzer auch an industrielle Bedienoberflächen Erwartungshaltungen geschürt. Es kristallisieren sich neue Interaktionsweisen und Verhaltensmuster heraus. Diese legen die Messlatte für industrielle Bediensysteme fest, da Nutzer in der Regel nicht zwischen privat und beruflich genutzter Software unterscheiden. Dementsprechend sollte das Design nicht nur ansprechend und modern wirken, sondern auch intuitive Interaktionsmöglichkeiten und ein gewisses „Aha-Erlebnis“ (User Experience) bieten. Unter dem aktuellen Einfluss von Smartphones und Tablet-Computern wird sich die grafische Benutzerschnittstelle (Graphical User Interface, GUI) zu einer natürlichen Benutzungsoberfläche (Natural User Interface, NUI) weiterentwickeln.

Waren frühere Bediensysteme aufgrund zu teurer Hardware und aufwendiger Programmierung häufig einfach gehalten, gelten diese Einschränkungen nicht mehr. Aktuelle Prozessoren und Grafikkarten verfügen über ausreichende Rechenleistung bei akzep­tablen Kosten. Und mithilfe ausgereifter Grafik-Frameworks lassen sich optisch ansehnliche grafische Bedien­oberflächen mit vergleichsweise geringem Aufwand erstellen.

Die meisten aktuellen Benutzerschnittstellen sind noch vor allem auf Funktionalität getrimmt, das Design spielt eine Nebenrolle. Der klassische Entwickler ist nun mal kein Designer. Darunter leidet letztlich die Funktionalität, weil sich unwillkürlich Bedienfehler einschleichen. Inzwischen setzt ein Umdenken ein und auch die Optik wird zur Funktion.

Um mit einem System oder einer Maschine effektiv arbeiten zu können, muss das Bedienkonzept einfach, dem Arbeitsablauf angepasst und intuitiv sein.

Ziel dieser Maßnahmen sind kürzere Einarbeitungszeiten für die Bediener, eine höhere Produktivität sowie weniger Fehler. Zudem erweist sich eine moderne Benutzerschnittstelle als Differenzierungsmerkmal zum Wettbewerb.

So legt ein Maschinen- und Anlagenbauer beispielsweise großen Wert auf ein ansprechendes Design seines neuen Leitsystems: Um den hohen Ansprüchen gerecht zu werden, arbeiteten bei dem Projekt Grafikdesigner und Programmierer bei der Entwicklung der Benutzerschnittstelle Hand in Hand. Der Grafikdesigner erstellt das Oberflächendesign und der Programmierer reichert die statischen Ober­flächen mit interaktiven Anzeige- und Steuerelementen an. Das Ergebnis dieser interdisziplinären Kooperation ist ein optisch ansprechendes, interaktives und mit moderner Softwaretechnologie ausgestattetes Bediensystem. Das Leitsystem bietet Mechanismen zur intuitiven Bedienung und kann in kurzer Zeit von Benutzern ohne große technische Vorkenntnisse bedient werden. Der Kunde sieht für sich einen Wettbewerbsvorteil, so dass sich der „Return on Investment“ bald einstellen sollte.

Solche Ansätze sind nur mit Grafik-Frameworks wie die Windows Presentation Foundation (WPF) und neuen Entwicklungswerkzeugen, zum Beispiel Expression Blend für das grafische Softwaredesign möglich. Mit diesen Tools ändert sich die Arbeitsweise: Programmierer und Designer arbeiten zwar bei einem Softwareprojekt zusammen, aber nach Design und Funktion getrennt. Diese Entwicklung wird in Zukunft zu neuen Tätigkeits- und Berufsfeldern führen: Schon jetzt liest man Berufsbezeichnungen wie Interaktionsdesigner oder User-Experience-Consultant.

Die dritte Dimension nutzen

Schon heute müssen Bediener eine Vielzahl von Informationen aus den unterschiedlichsten Datenquellen in ihre Entscheidungen einbeziehen. Eine Prozessvisualisierung in 3D wäre hierbei von Vorteil und ohne großen Aufwand umsetzbar: In der Konstruktion oder bei der digitalen Fabrikplanung sind 3D-CAD-Daten ein zentrales Artefakt. Obwohl sehr viel Aufwand in diesen CAD-Modellen steckt, werden diese Daten häufig nur für die Planung und die Planungsdurchführung genutzt.

Mit 3D-Visualisierung lässt sich der Weg eines Werkstücks durch die Maschine 1:1 darstellen oder Störungsursachen ortsgenau einblenden.

© Heitec

Kerngedanke der dreidimensionalen Prozessvisualisierung ist, diese CAD-Daten bei der Anlagenbedienung be­ziehungsweise Prozessvisualisierung zu nutzen. Anlagen könnten in allen Details räumlich dargestellt, die 3D-Modelle mit der Anlagensteuerung gekoppelt und so Prozessabläufe realitätsgetreu visualisiert werden. Um dieses Vorhaben zu realisieren, hat die Firma Heitec eine Softwarekomponente entwickelt, die in beliebige Systeme integriert werden kann. Einzige Voraussetzung: .Net-Controls müssen integrierbar sein. Alle gängigen Visualisierungswerkzeuge unterstützen die Integration von .Net-Controls, WinCC ebenso wie Zenon oder InTouch. Das 3D-Control arbeitet direkt mit den 3D-Dateien beliebiger CAD-Programme. Die Inhalte der 3D-Datei werden von der Softwarekomponente geladen und angezeigt. Parallel dazu stellt das .Net-Control Navigations­mög­lichkeiten zur Interaktion bereit. Abhängig vom Einsatzzweck wird die
Komponente mit Schnittstellen zur Anlagensteuerung, der Materialwirtschaft eines Anwenders oder Datenbank-Managementsystemen ausgerüstet, um das Modell mit zusätzlichen Informationen zu versorgen. Bei einer Störung könnte die Software den Anwender virtuell zu der defekten Anlagenkomponente führen und weitere Informationen wie Schaltpläne, Ma­terialstücklisten, Betriebsanleitungen oder Videosequenzen einblenden.

Dies öffnet die Tür in Richtung Augmented Reality – die computergestützte Erweiterung der Wahrnehmung der Realität mithilfe unterschiedlicher Informationsquellen. Die Visualisierungskomponente von Heitec verknüpft diese Daten und stellt sie übersichtlich auf einem Bedienterminal dar.

Single-, Multi- oder gar kein Touch

Während die Interaktion mit der Anlagen meist über Maus und Tastatur oder Touchdisplays erfolgt, ist die Bedienung auch mittels Gesten oder Sprache denkbar: Sensoren erfassen Gesten und Sprache eines Menschen und setzen sie in Bedienbefehle um. So könnten beispielsweise mittels einer „Wisch-Geste“ Grafiken gedreht oder vergrößert und bestimmte Bauteile auf Zuruf „angeflogen“ werden. Unter Verwendung des Kinect-Sensors von Microsoft wurden bereits erste einsatzfähige Gesten- und Sprachsteuerungen erstellt. Diese Technik könnte beispielsweise im sterilen Umfeld in der Pharma-Produktion oder im Operationssaal genutzt werden.

Bedienung mittels Gesten: Der Kinect-Sensor ist eine Möglichkeit, ein so genanntes NUI (Natural User Interface) zu kreieren.

© Heitec

Die Bedeutung der 3D-Visualisierung steigt auch vor dem Hintergrund der vierten industriellen Revolution: Die Produktion wird in diesen Szenarien nicht mehr zentral gesteuert. Vielmehr haben die zu produzierenden Teile „ein Gedächtnis“ und bringen die Informationen für den nächsten Arbeitsgang mit. Parallel dazu kommunizieren die Maschinen per Internet miteinander und koordinieren die Arbeitsabläufe. Mithilfe einer 3D-Visualisierung ließe sich der Weg eines Werkstücks durch die Maschine darstellen und Fehlerquellen schnell lokalisieren. Informationen können kontextbezogen abgerufen und angezeigt werden. Parallel stellt die Visualisierung ihre Informationen als Dienste anderen IT-Systemen zur Verfügung, beispielsweise einem ERP-System, der QS-Software oder dem CRM-System. Ebenso lassen sich Smartphones oder Tablet-Computer einbinden. Die Mobilgeräte melden sich automatisch an den Benutzerschnittstellen einer Maschine an, rufen die Informationen ab und stellen sie rollenbasiert dem Anwender beim Gang durch die Fabrikhalle zur Verfügung.

Autor: Matthias Engelhardt ist Software-Entwickler bei der Firma Heitec in Crailsheim