Seit einigen Jahren lässt sich eine stetige Zunahme der Steuerungskomplexität im Produktionsumfeld verzeichnen. Klassische Bedienkonzepte folgen der Komplexität durch eine Vielzahl an Interaktionselementen und Steuerungsebenen. Die Navigation durch die Menüführung von Maschinenbedienungen, um die entsprechenden Befehle zu erteilen oder aus der Flut der erhobenen Daten die richtigen Informationen herauszulesen, erfordert von erfahrenen Anwendern immer mehr Zeit. Für neue Anwender bedeutet das lange Einarbeitungszeiten, eine hohe Frustrationsgefahr und Unsicherheit im Umgang mit der Anlage. Es besteht im industriellen Umfeld ein Bedarf nach intuitiveren Bediensystemen, wie sie im Consumer-Markt bereits eingesetzt werden, und nach einer stärkeren Ausrichtung an den Bedürfnissen des Nutzers. 

In einer vom Fraunhofer IAO veröffentlichten Studie zur Produktionsarbeit der Zukunft wurden 661 Unternehmen zu aktuellen Themen befragt: Darin sehen 73 % aller befragten Unternehmen großes Potenzial im Einsatz mobiler Endgeräte und 47 % glauben, dass sich der Dokumentationsaufwand mit mo-bilen Endgeräten drastisch reduzieren lässt. In naher Zukunft ist davon aus-zugehen, dass die Interaktion zwischen Mensch und Maschine signifikant zunehmen und damit eine effiziente Schnittstelle zwischen Maschine und Mensch stetig an Bedeutung gewinnen wird. Mit einer Vielzahl von Sensoren wird sich der Kontext zudem zunehmend besser in die Informationsbearbeitung einbeziehen lassen.
 

Anwendungsnahe Gestaltung

Die Entwicklung einer gebrauchstauglichen Mensch-Maschine-Schnittstelle ist ein iterativer Prozess. Zu Beginn sollte eine detaillierte Beschreibung der durchzuführenden Aktivitäten und der zuständigen Nutzergruppen stehen. Im zweiten Schritt wird der Informationsbedarf für jede Nutzergruppe im jeweiligen Arbeitskontext beschrieben: Wer nutzt die Schnittstelle in welcher Situation für was? In Schritt drei werden die Hardware-Komponenten und Software-Tools definiert, die der Nutzer verwendet, um auf Informationen zuzugreifen und Bedienschritte auszuführen. Und zuletzt wird die Gesamtlösung implementiert, so dass jeder Nutzer im je-weiligen Arbeitsschritt nur genau die Informationen und Bedienoptionen zur Verfügung hat, die für den jeweiligen Arbeitsschritt notwendig sind.

Moderne HMI-Systeme sollten so designt sein, dass nur berechtigte Personen Zugriff auf gewisse Daten und Informationen haben.

© WZL der RWTH Aachen

Aus den Produktionsmitteln und dem Produktionsprozess lassen sich große Datenmengen erheben. Soweit diese nicht automatisiert weiterverarbeitet werden, müssen sie gefiltert und kanalisiert werden. Schließlich hat der Benutzer einen deutlich geringeren Informa-tionsbedarf für seinen Arbeitsvorgang, als die Datenerhebung generiert. Im Idealfall stehen dem Benutzer alle Informationen zur Verfügung, die er zur Erledigung der Arbeitsaufgabe benötigt, ohne dass ihn überflüssige Informationen irritieren. Bei der Aufbereitung der Daten gilt es also, den Nutzungskontext und damit den Informationsbedarf vollständig zu erfassen. Dazu wird jeder individuelle Nutzer einer Nutzergruppe der sogenannten Rolle zugeordnet. Nach Erstellung eines rollenbasierten Profils, das alle rollenspezifischen Arbeitsaufgaben (Tasks) beinhaltet, kann jedem Task ein rollenspezifischer Informationsbedarf zugeordnet werden.

Mit Hilfe einer zusätzlichen Kontext-Ebene, dem Interaktions-Ort (Position), lässt sich der Informationsbedarf weiter begrenzen. Das System (die Maschine, die Anlage) kann nun in Kenntnis der Rolle, des Tasks und der Position den Nutzer aktiv und individuell entsprechend seinem aktuellen Informationsbedarf unterstützen. Zur umfassenden Kontextbeschreibung sollten daher drei Aspekte einbezogen werden:

■ die aktuelle Arbeitsaufgabe des Nutzers (zur Unterstützung handlungsorientierter Dialoge):
■ die Rolle des Nutzers (zur Ableitung von Berechtigung/Sichten);
■ der Aufenthaltsort des Nutzers.    

Eine Arbeitsaufgabe besteht häufig aus mehreren, teils sequenziellen Arbeitsschritten, die der Benutzer in der richtigen Reihenfolge abarbeiten muss. 
 

Handlungsorientierte Dialogdarstellung

Je größer das HMI-Geräte, desto größer der Informationsgehalt. Genau andersrum verhält es sich jedoch mit der Flexibilität.

© WZL der RWTH Aachen

Bei häufig wiederkehrenden, standardisierbaren Prozessen können die einzelnen Schritte im Bediensystem abgebildet werden, so dass sich eine handlungsorientierte Dialoggestaltung in Form aufgabenspezifischer Workflows ergibt. Auf diese Weise können auch unerfahrene Nutzer ohne großen Einarbeitungsaufwand komplizierte Arbeitsschritte in der richtigen Reihenfolge abarbeiten, ohne entsprechende Funktionen erst suchen zu müssen. Ebenso können erfahrene Nutzer von einer handlungsorientierten Dialoggestaltung profitieren. Zum Beispiel werden im Produktionsbetrieb eingefahrene Prozesse häufig durch einen Maschinenbediener überwacht, der sich zwecks Vorbereitung weiterer Tätigkeiten regelmäßig von der Maschine entfernt. Mit Hilfe einer Smartwatch kann er auch bei Abwesenheit den Status der Maschine überwachen und wird über anstehende Arbeitsschritte automatisch benachrichtigt.

Die Eaton-Visualisierungssoftware Galileo bietet viele Möglichkeiten, um Bedien- und Visualisierungsdialoge zu konfigurieren, die nur für bestimmte Rollen verfügbar sind. So ist es möglich, sensible Teilbereiche der Nutzeroberfläche für den Web-Zugang zu sperren. Zudem kann ein Web-Nutzer unter anderem eine andere Startseite erhalten als ein Nutzer, der sich lokal am System anmeldet.
 

Die Bedeutung der Position

Zur vollständigen Beschreibung des Nutzungskontexts können Ortsinformationen eine hilfreiche Ergänzung sein. Diese erlauben den automatischen Aufruf von Dialogen beim Betreten bestimmter Bereiche. So könnte ein Servicetechniker auf einem mobilen Anzeigegerät eine entsprechende Fehlermeldung angezeigt bekommen, wenn er sich einer Werkzeugmaschine nähert, bei der eine Störung vorliegt. Bei Bedarf kann er sich daraufhin direkt die passenden Daten, wie das Fehlerprotokoll, auf seinem Smart Device anzeigen lassen und entsprechend reagieren. Eine weitere Anwendung ist die ortsspezifische Konfiguration von Meldungen und Bedienoptionen. Durch die Definition von Zonen lassen sich bestimmte Meldungen oder Bedienelemente auf dem Smart Device aktivieren beziehungsweise deaktivieren. Typische Smart Devices, wie Mobiltelefone und Tablets, sind nicht unbedingt für den industriellen Einsatz gestaltet. Stürze aus normaler Arbeitshöhe können bereits erheb-liche Schäden nach sich ziehen. Außerdem braucht man zu ihrer Bedienung in der Regel beide Hände, was die Handhabbarkeit zusätzlich einschränkt. Smart Watches könnten daher zukünftig eine interessante Alternative darstellen. Als Lokalisierungstechnologie eignet sich etwa der Einsatz von iBeacons, die auf dem weitverbreiteten Standard Bluetooth Low Energy (BLE) aufsetzen.

Die zunehmende Komplexität der Anlagensteuerung und die immer größer werdende Datenflut machen eine Erweiterung der klassischen Eingabesysteme dringend nötig. Anwendernahe, benutzerfreundliche und intuitiv zu bedienende Mensch-Maschine-Schnittstellen ermöglichen nicht nur Zeitersparnis im Arbeitsprozess, sondern können auch die Fehleranfälligkeit in der Bedienung reduzieren. Dafür müssen allerdings strukturelle Herausforderungen – wie die Definition der Nutzerrollen und -profile – und technologische Herausforderungen – wie ein Filtern von Daten gemäß Definition und tatsächlichem Bedarf, intuitive Menüführung, anpassbare Steuerung oder mobile Schnittstellen – gemeistert werden, für die Entwickler und Anwender eng zusammenarbeiten sollten.

Autor: Stefan Selke ist Marketing Manager MOEM bei Eaton.

White Paper

Weitere Informationen zu diesem Thema enthält das White Paper „Mensch-Maschine-Interaktion im Produktionsumfeld – Gestaltung und Entwicklung anwendernaher Bediensysteme“, welches in Zusammenarbeit mit einem Autorenteam um Prof. Dr. Christian Brecher, Leiter des Forschungsbereichs Werkzeugmaschinen am Werkzeugmaschinenlabor WZL der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, entstanden ist. Dieses kann unter Eaton.com/de/HMI kostenlos heruntergeladen werden.