Die bereits aus dem Consumer-Markt bekannten Bedienkonzepte finden zunehmend ihren Einsatz im Industrie-Bereich. Mit der Multitouch-Eingabe ist eine ganz andere Art der Maschinensteuerung möglich: die Bedienung anhand verschiedener Gesten.

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Ziehen, wischen, drehen, Teile des Bildschirms per Fingerzeig vergrößern – Anwendern von Smartphones oder Tablet-PCs sind diese Bewegungen wohlbekannt. Künftig wird die Gestensteuerung aber auch immer häufiger an Fertigungsstraßen, Maschinenparks und SCADA-Terminals anzutreffen sein. Wo es früher Knöpfe und Schalter gab, bestimmen jetzt Software-Menüs zunehmend das Bild. Der Hintergrund: Von der Visualisierung und Steuerung über die Datenverarbeitung bis hin zur Interaktion mit den Maschinen übernehmen HMIs (Human Machine Interfaces) immer mehr Funktionen, die bislang auf dezentralen Plattformen ausgeführt wurden. Auf diese Weise wird die Bedienung nicht nur komfortabler und sicherer, sondern es existiert auch eine zentrale Stelle, über die die Nutzer die essenziellen Produktionsdaten in Echtzeit einsehen und optimieren können. Die immer kürzeren Fertigungszyklen, schnelleren Reaktionszeiten auf schwankenden Marktbedarf sowie die insgesamt höhere Fertigungseffizienz lassen sich damit deutlich leichter erreichen.

Displays: großflächig und pflegeleicht

Um die neuen Funktionen erfüllen zu können, muss die Bedienoberfläche eines HMIs großflächig und übersichtlich sein. Hier bieten sich große Displays sowohl im 4:3- als auch im neueren 16:9-Format an. Eine robuste, kratzfeste und leicht zu reinigende Glasfront, die widerstandsfähig gegen Staub und Flüssigkeit ist, schützt die sensible Technik. Der Einsatz von Touchpanels reduziert indes einerseits die Anzahl der verwendeten Komponenten, wie Knöpfe und Keyboards, und minimiert andererseits Rillen sowie Fugen am Gehäuse: Das vereinfacht die Form, macht sie kostengünstiger und ermöglicht hygienischere Designs, an denen sich weniger Schmutz festsetzt.

Zwei Technologien liegen vorn

Bei den Touchscreens wetteifern diverse Technologien um die Gunst der Anwender, doch zwei von ihnen liegen eindeutig vorn: der resistive und der kapazitive Touchscreen. Die druckempfindlichen, resistiven Oberflächen sind nicht nur relativ günstig, sondern eignen sich auch für die Bedienung mit Handschuhen – ein wichtiges Kriterium in der Fertigung. Bei resistiven Panels sollten Industriebetriebe auf die 5-Wire-Technologie setzen, denn diese bietet gegenüber 4-Wire-Geräten eine deutlich höhere Präzision.

Hochsensibel: kapazitive Touchscreens

Auch die sehr berührungsempfindlichen kapazitiven Touchscreens, wie sie in Handys und Tablets verwendet werden, kommen bei Industrieanwendern gut an. Dank Multitouch-Funktion können sie mehrere Berührungen gleichzeitig zu Befehlen verarbeiten und bieten damit beste Voraussetzungen, um auch Gestensteuerung zu ermöglichen: etwa die Verwaltung von Produktionslinien bis hin zu Fertigungsstraßen oder die Supervision ganzer Fabriken. Unter den kapazitiven Displays bieten die projiziert-kapazitiven (PCAP) deutliche Vorteile: Sie projizieren die zahlreichen kleinen elektrischen Felder, die zur Berührungserkennung genutzt werden, nicht nur auf die Display-Oberfläche, sondern auch leicht darüber. So können Berührungskoordinaten exakter und mit höherer Empfindlichkeit detektiert werden. Das heißt: Schon leichteste Berührungen werden erfasst – selbst wenn der Nutzer Handschuhe trägt.

Die Anforderungen steigen

Im Gegensatz zu Consumer-Produkten werden im industriellen Einsatz deutlich längere Lebenszyklen erwartet. Die Ansprüche an robuste Technologie und zuverlässigen Service sind hoch, und die meisten Systeme laufen rund um die Uhr über Jahre hinweg, bevor sie ausgetauscht werden. Die rasanten technischen Entwicklungen bringen die Industrie jedoch immer mehr unter Zugzwang.

Darüber hinaus sind in den letzten Jahren die Anforderungen an Automation, Qualität, Energie-Effizienz und Produktivität sprunghaft angestiegen und mit ihnen der Konkurrenzdruck. Neue Touchpanel-PCs müssen im Arbeitsalltag je nach Bedarf Kontroll- und Steueraufgaben übernehmen. Sie müssen flexible Schnittstellenanbindungen vorweisen sowie in Größe und Leistung skalierbar sein, um die maßgeschneiderte Lösung für die jeweilige Anwendung bereitzustellen. So fordert die Einführung von „Shop Floor Analytics“ und „Smart Manufacturing“ höhere Transparenz und Effizienz an jeder Stelle des Produktionsprozesses, bis in die einzelne Komponente. Leistungsfähige, intelligente HMIs sind ein Baustein, um diese Ziele zu erreichen.

Dank der neuen Technik können Touchpanel-Systeme diese vielfältigen Aufgaben meistern. Und nicht nur das: Sie erfüllen gleichzeitig den Anspruch an attraktives Design und leichte Bedienbarkeit. Somit bieten die neuen HMIs nicht nur höhere Effizienz, sie machen den Arbeitsalltag auch angenehmer und, wenn man so will, stilvoller. Dies unterstreicht der derzeitige Wandel bei den Touchpanels: Während bisher Funktion und Qualität im Vordergrund standen, werden die HMIs nun auch als Frontend einer Maschine oder eines Systems entdeckt. Sie überzeugen durch Aussehen und Bedienfreundlichkeit, was man bislang nur von Consumer-Geräten kannte.

Doch was bedeutet das konkret für die Anwendung? Im Gegensatz zu elektromechanischen Bedienelementen, die vergleichsweise schwerer zu handhaben waren, kommt bei Software-basierten Bedienoberflächen das spielerische Element der Unterhaltselektronik zum Tragen: Gestaltungs- und Änderungsmöglichkeiten sind im grafischen Menü deutlich vielseitiger und ansprechender und können je nach Bedarf erweitert oder angepasst werden. Bei der Software ist zudem entscheidend, mit welcher Entwicklungsoberfläche ein Benutzerscreen aufgebaut wird und wie aufwendig der Anwender die Animationen gestaltet.

Rauer Industriealltag fordert mehr

Dass sich der Embedded-PC-Markt von den Consumer-Geräten inspirieren lässt, ist deutlich zu erkennen. Doch der Einsatz der HMIs in rauen Industrieumgebungen erfordert noch einiges mehr: So sollen die Panels absolut widerstandsfähig gegen Staub und Flüssigkeiten sein und sich leicht reinigen lassen. Zudem müssen sie höheren Temperaturen trotzen, bei denen Handy und Co. schnell versagen würden. Darüber hinaus wird Schock- und Vibrationsresistenz gefordert und alle Anforderungen der jeweiligen Schutzklasse müssen erfüllt werden. Sind alle Komponenten gut aufeinander abgestimmt, lässt sich ein Wechsel auf neue Produktversionen meist problemlos ausführen. So kommt ein weiterer Vorteil dieser Strategie zum Tragen: Neue Mitarbeiter sind schneller mit den Abläufen der Fertigung vertraut und die Einarbeitungszeiten verkürzen sich spürbar.

Autor: Max Scholz ist Produktmanager bei Kontron.

Interview: Intelligente Displays mit Zukunft

„Unser Schwerpunkt liegt auf der einfachen und innovativen Bedienung, um die unterschiedlichen Anforderungen der Industrie erfüllen zu können“, beschreibt Max Scholz die Strategie von Kontron.

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Laut einer Prognose des Markt­forschungsinstituts IMS Research wird sich der Markt für HMIs zwischen 2010 und 2015 nahezu verdoppeln. Allein im europäischen Wirtschaftsraum wird er voraussichtlich 571 Mio. US-Dollar betragen, was einer jährlichen Steigerungsrate von 7,6 % entspricht. Ein deutlicher Beleg dafür, dass die Industriebetriebe die Vorteile dieser Investition bereits erkannt haben. Max Scholz, Kontron-Produktmanager, gibt Auskunft zum HMI-Einsatz bei Kontron.

Welche Rolle spielt die Produktlinie der Panel-PCs – wie Micro- und Omniclient – für das Gesamtgeschäft von Kontron? Sehen Sie hier in der Zukunft ein Wachstum?

Die Panel-PCs sind ein wichtiger Produktzweig für Kontron, den wir auch zukünftig weiter ausbauen wollen. Dabei ist es das Ziel, die im Projektgeschäft gewonnenen Stärken und das Know-how vermehrt
in eine erweiterte Standard-Produktpalette für bestimmte vertikale Märkte wie etwa Automatisierung, Medizintechnik, Transpor­tation einfließen zu lassen, um dadurch Time-to-market für unsere Kunden zu reduzieren. Kundenspezifische Konfigurationen und maßgeschneiderte Lösungen auf Basis der Standardplattformen lassen sich somit mit geringerem Aufwand und schneller lösen. Durch diese Maßnahmen sehen wir in Zukunft ein zusätzliches Wachstum.

Wie schätzen Sie die Problematik einer Fehlbedienung durch „unbeabsichtigte“ Berührung ein? Was tun Sie dagegen?

Auf Systemebene gibt es verschiedene Möglichkeiten, Fehlbedienungen zu erschweren oder auszuschließen. Generell wird die Aufgabe zur Reduzierung von Fehlbedienungen oft durch die Applikationssoftware übernommen, die die Anforderungen hinsichtlich Bediensicherheit mit den Möglichkeiten der möglichst einfachen Bedienung eines Systems kombiniert. Unsere Panel-Systeme liefern dazu die Basis und vereinfachen die Umsetzung durch individuelle Konfiguration und Parametrierung.

Ist die Bedienung mittels „berührungsloser Gesten“, wie bei Spielekonsolen, ein Thema für Kontron?

Neue, innovative Techniken, die die Bedienung und Steuerung im industriellen Einsatz verbessern und erleichtern, sind für Kontron als Innovationsträger natürlich sehr interessant, müssen aber zu den Anforderungen im industriellen Umfeld passen. Nicht jede Technik aus dem Consumer-Bereich kann direkt in Industrieprodukte integriert werden, sondern muss erst einen gewissen Reifeprozess durchlaufen.

Bereit für den Industrieeinsatz

Um den aktuellen Entwicklungen Rechnung zu tragen, brachte Kontron Anfang des Jahres zwei HMI-Produktfamilien für Industriekunden und Maschinenhersteller auf den Markt: Microclient 3 und Omniclient.

Microclient 3: PCAP und resistiver Touch.

Diese neuen HMI-Produkte sind flexibel konfigurierbar und wurden zum Steuern von Industriemaschinen auf Ebene der Fertigungsstraßen entwickelt. Der Microclient 3 als 15,6-Zoll-Version, der die 12-Zöller ablöst, greift wichtige Trends aus dem Consumer-Markt auf: den kapazitiven Touchscreen mit Multitouch-Funktion, das 16:9-Format und die robuste Glasfront. Bei den kapazitiven Touchscreens wird die oben beschriebene projiziert-kapazitive Variante (PCAP) verwendet, die zudem auf Mehrfingerbedienung ausgelegt ist. Darüber hinaus ist der Panel-PC in den Größen 10 bis 17 Zoll aber nach wie vor mit resistivem Touchscreen verfügbar.

Omniclient steuert Fertigungsprozesse.

Der Omniclient ist ein HMI-Produkt, das eigens für die industrielle Automation entwickelt wurde. Wie der V Panel Express steuert er die Fertigungsmaschinen und lässt sich auf einzelne Prozesse abstimmen. Die Nachfrage nach großen Bildschirmen bedient das HMI mit Displays im 16:9-Format von 15 bis 22 Zoll – in 21,5 Zoll bietet es erstmals PCAP. So lässt sich die Bedienoberfläche aufgrund des breiten Formats bequem als Splitscreen aufteilen: Hier die Grafiken und Daten, dort die Steuerung der Maschinen. Wer möchte, kann den Monitor auch hochkant stellen und sich vertikal organisieren – dank der so genannten Portraitfunktion. Die entspiegelte Glasober­fläche der HMIs erleichtert die Benutzung und ermöglicht die bereits erläuterte einfache Reinigung. Der seitliche Rand mit umlaufendem Kantenschutz aus Metall ist Designelement und schützt zudem vor Verletzungen.