Maschinen- und Anlagenbauer ebenso wie -betreiber stehen im globalen, immer stärker umkämpften Markt vor der Herausforderung, in immer kürzeren Zeiträumen Produkte zu liefern oder kurzfristig auf aktuelle Marktbedürfnisse und deren Veränderungen reagieren zu müssen. Vor diesem Hintergrund ist die zunehmende Nutzung von Software in dieser Branche Segen und Fluch gleichermaßen. Denn was den Maschinen- und Anlagenbau auf der einen Seite dadurch flexibler macht, dass mechanische durch automatisierte Komponenten ersetzt werden, erzeugt auf der anderen Seite enorme Aufwendungen.

So fallen heute bereits zwischen 50 und 70 % der Automatisierungskosten während der Planung, Programmierung und Inbetriebnahme einer Anlage an. Also dort, wo Software in die Anlage eingebettet, an anwenderindividuelle Bedürfnisse angepasst und bedienbar gemacht wird. Diese Investitionen machen Sinn. Denn eine stark automatisierte Anlagenarchitektur bietet den erheblichen Vorteil, schnell an neue Produktionsanforderungen angepasst werden zu können. Allerdings erst dann, wenn die Nutzer der Engineering-Software diese auch beherrschen. Oder anders ausgedrückt: Für den effizienten Betrieb einer neuen Anlage ist es erforderlich, die Programme zu verstehen und sicher verwenden zu können.

Bis es allerdings soweit ist, kommen den Anwendern mitunter weitere Investitionen teuer zu stehen. Der Einstieg in neue Computersoftware ist – gerade wenn es sich um Business-IT handelt – in der Regel mit erheblichem, vor allem zeitlichem Aufwand verbunden. Das hat einerseits mit der Komplexität der Softwareprogramme zu tun, die in Aufbau und Funktionalität deutlich schwerer greifbar sind als Hardwarekomponenten, andererseits mit der Vielzahl individueller grafischer Bedienoberflächen, die jede für sich eine mehr oder weniger große Herausforderung für den Anwender bedeuten. Hinzu kommt, dass die Bedienphilosophien von Software zu Software und von Anbieter zu Anbieter unterschiedlich sind, was schlussendlich die Usability von Softwaretools verringert und den Einarbeitungsaufwand für Anlagenbauer und -betreiber immens erhöht.

Auf bewährte Standards setzen

Auch wenn die Branche der Automatisierungshersteller ihren Kunden fürs Erste den einen Standard im Sinne einer einzigen herstellerunabhängigen Engineering-Plattform schuldig bleibt, so gibt es doch Lösungen: Im Grunde bedarf es weniger Faktoren, um Maschinen- und Anlagenbetreibern ein Tool zur Verfügung zu stellen, das es ihnen ermöglicht, ihre Anlagen schnell und unkompliziert zu projektieren und in Betrieb zu nehmen. Die Engineering-Plattform muss dazu lediglich

• auf einheitliche Funktionen, durchgängige Datenhaltung und zentrale Anpassungsmöglichkeiten setzen,
• über eine vertraute und übersichtliche Bedienoberfläche verfügen und
• den Erwartungen gerecht werden, die Software-Anwender heutzutage aus dem Home-Bereich adaptieren.

A und O einer solchen Lösung ist, bei der Entwicklung der Software verstärkt auf industrieübergreifende und bewährte Standards zu setzen. Denn sie garantieren dem Anwender eine Lösung, die auch auf lange Sicht zukunftsfähig ist.

Vor diesem Hintergrund hat Wago bei der neu entwickelten Engineering-Software e!Cockpit beispielsweise konsequent auf die objektorientierte Programmiersprache C# und die Entwicklungsumgebung .NET gesetzt. Die Werkzeuge von Microsoft, die längst zum Standard avanciert sind, bilden die Grundlage für unzählige, aktuelle Windows-Programme. Mehr noch: Microsoft – der mit einigem ­Abstand weltgrößte Softwarehersteller – hat C# in seiner Geschäftsstrategie fest verankert. Das verschafft Software-Entwicklern ebenso wie den späteren Anwendern ihrer Tools ein hohes Maß an Entscheidungs- und Zukunftssicherheit.

Aus Sicht der Automatisierungstechnik wiederum bieten "Quasi-Standards" wie Codesys signifikante Vorteile. Die Implementierung der IEC 61131-3 von 3S und die damit verbundene ­weitgehend geräteunabhängige Programmierung gewährleisten eine hohe Wiederverwendbarkeit und schützen damit die Investitionen von Unternehmen in bereits bestehende Software. Zudem wird dem Wunsch von Maschinen- und Anlagenbauern nach herstellerunabhängigen Lösungen Rechnung getragen.

Einarbeitung vereinfachen

Startansicht und kontextsensitive Menüs im Wago-Cockpit

© Wago Kontakttechnik

Was für die technische Basis des Engineering-Tools gilt, gilt erst recht für ihre Bedienoberfläche: Um kostbare Zeit bei der Einarbeitung in ein neues Tool zu sparen, muss vor allem dessen Bedienoberfläche (HMI) so programmiert sein, dass sie schnell zu erlernen und intuitiv zu bedienen ist. Zwar können Software-Entwickler zur Kreation einer neuen und individuellen Oberfläche Ergonomen hinzuziehen, die besondere Aspekte berücksichtigen oder Schwächen bestehender Programme beheben; dennoch verfügen bereits vorhandene Standards über die inhärente Eigenschaft, Anwendern mitunter bestens vertraut zu sein. Diesen Vorteil können Software-Entwickler nutzen.

Das Unternehmen Wago hat bei der Entwicklung seiner Engineering-Plattform dementsprechend das Grafik-Framework WPF (Windows Presentation Foundation) in Kombination mit Actipro eingesetzt. Dabei ist die Bedienoberfläche den aktuellen Office-Programmen von Microsoft nachempfunden, Ribbon-Bedienkonzept inklusive. Die Multifunktionsleiste – auch Menüband genannt – gliedert sich in übergeordnete Registerkarten, in der die dazugehörigen Befehle wiederum nach Funktionen gruppiert sind. Weil die Schaltflächen nicht, wie in klassischen Menüs, versteckt sind, findet sich der Anwender schnell zurecht.

Da Übersichtlichkeit im Engineering grundsätzlich eine Herausforderung ist und Ansichten mit klassischen Baumstrukturen regelmäßig an ihre Grenzen stoßen, ist die Startansicht der Software als eine Icon-basierte Bausteinstruktur umgesetzt, wie sie auch bei anderen Programmen üblich ist. Sie stellt dem Nutzer auf einen Blick die Vorlagen bereit, die er benötigt, um ein Automatisierungsprojekt mit verschiedenen Komponenten wie Steuerungen und E/A-Baugruppen anzulegen und zu verwalten.

Bedienungsfehler ausschließen

Gerade bei steigender Komplexität der Anwendungen mit mehr als zehn Steuerungseinheiten wird es für den Bediener immer schwieriger, den Überblick zu behalten. Dies ist insbesondere bei den weit verbreiteten Listenstrukturen der Fall, bei denen die Verknüpfungen der Steuerungen untereinander in der Regel nur von mit der Anwendung vertrauten Personen zu erfassen ist.

Um hier gegenzusteuern, werden im Beispiel von e!Cockpit die Komponenten per Drag&drop im Hauptbereich der Bedienoberfläche platziert und virtuell miteinander verbunden. Damit der Anwender die Übersicht über sein Projekt auch dann behält, wenn die Komplexität der Anwendung zunimmt, ist die Menügestaltung der Bedienoberfläche kontextsensitiv gelöst. Das heißt, es werden lediglich die Menüpunkte und Funktionen dargestellt, die sich im aktuellen Status quo der Projektierung oder Bedienung ausführen lassen; und das auf allen Ebenen der Anlagenarchitektur – von der Geräte- oder Komponentenebene bis zur Kommunikation und Steuerung.

Bei der Projektierung eines I/O-Knotens unterstützt das Programm beispielsweise dahingehend, dass sich der angezeigte Produktkatalog je nach Gerät automatisch ändert. So stehen nur die Komponenten zur Auswahl, die sich an der jeweiligen Stelle auch physisch hinzufügen lassen. Das gleiche Konzept gilt für die Verbindungen der Geräte ­untereinander und die Anbindung an die Steuerungsebene. Werden in die am Bildschirm dargestellten Geräte Konnektoren eingebunden, die eine phy­sikalische Schnittstelle auf dem Gerät repräsentieren, so sorgt die Software eigenständig dafür, dass es zu keinen Fehlverbindungen zwischen verschiedenen Kommunikationssystemen kommt und zum Beispiel eine Netzwerkverbindung an einen CAN-Bus angebunden wird. Für den Anwender ergibt sich daraus nicht nur eine übersichtliche Bedienoberfläche, vielmehr mindert ein solch situativ angepasster "Suchraum" das Risiko von Projektierungsfehlern und spart viel Zeit, die ansonsten in die Auswahl von Komponenten und Konnektoren investiert werden muss.

Komplexe Abhängigkeiten zwischen den Teilnehmern und deren gegenwärtige Zustände lassen sich leicht und intuitiv erfassen. Visuelle Diagnosemöglichkeiten bieten darüber hinaus eine unmittelbare Fehlerlokalisierung und -korrektur.

© Wago Kontakttechnik

Eine weitere Hilfestellung bei der Bedienung der Engineering-Software ist eine grafische Ansicht der Topologie der Automatisierungsstruktur. Denn zum ­einen lässt sich eine grafische Darstellung optisch sehr viel schneller erfassen als eine Listenstruktur, zum anderen wird eine grafische Darstellung den Ansprüchen von Anwendern an eine moderne Bedienoberfläche gerecht. Denn heutzutage müssen auch Entwickler von Business-IT berücksichtigen, dass die Ansprüche von Anwendern an die Nutzerfreundlichkeit und Attraktivität von Bedienoberflächen – genährt von den immer einfacher gestalteten Apps aus dem Home-Bereich – deutlich gestiegen ist. Mit anderen Worten: Wer am heimischen PC, Notebook oder Smartphone up-to-date ist, möchte sich am Arbeitsplatz nicht mit "sperrigen" Bedienoberflächen arrangieren.

Die meisten Werkzeuge erlauben dem Anwender heute, mit vielen Fenstern und Funktionalitäten gleichzeitig zu arbeiten. An einem Arbeitsplatz mit einem entsprechend großen Bildschirm kann das auch von Vorteil sein; mit einem kleinen 15-Zoll-Laptop und geringer Auflösung vor Ort an der Maschine wird es dann allerdings sehr unübersichtlich. Hier kann es für den Anwender hilfreich sein, bevorzugte Ansichten mit mehreren Fenstern in entsprechender Größe abspeichern zu können. Ein solches Feature bietet die Möglichkeit, favorisierte Ansichten – zum Beispiel für das Arbeiten am Computer im Büro oder aber für das Arbeiten unterwegs am Notebook – zu definieren

Usability dank agiler ­Software-Entwicklung

Der "Product owner" beschreibt im Product backlog seine Idee des fertigen Produkts. Das Team plant, was im Sprint passiert (Sprint backlog) und arbeitet daran eine bis mehrere Wochen störungsfrei. Im Rahmen des Review werden das Ergebnis bewertet und neue Items für die weitere Entwicklung abgeleitet.

© Wago Kontakttechnik

Software-Entwickler, die diesen Aspekt der Usability konsequent in den Vordergrund ihrer Arbeit stellen, setzen bei der Entwicklung ihrer Softaretools auf ein agiles Projektmanagement. Denn ein iterativer und inkrementeller Ansatz, der sich an der Vorgehensweise Scrum anlehnt, kann den Entwicklungsprozess extrem bereichern.

Scrum folgt dem Gedanken, dass Software-Projekte aufgrund ihrer Komplexität nicht von vornherein im Detail zu planen sind. Darum werden Detailpläne lediglich für Teilschritte definiert, sogenannte Sprints, die in der Regel nicht mehr als wenige Wochen dauern. Nach jedem Sprint wird dessen Ergebnis gemessen, bewertet und die Ziele für den nächsten Sprint abgeleitet. Ein Entwicklungsprozess, der sich an Scrum anlehnt, liefert dadurch fortlaufend Zwischenergebnisse, anhand derer fehlende Anforderungen definiert und noch im laufenden Entwicklungsprozess berücksichtigt werden können. Der langfristige Plan für die Entwicklung wird dadurch ganz automatisch kontinuierlich besser.

Gerade für das Thema der Nutzerfreundlichkeit, das erst durch die Handhabung der Software überprüft werden kann, eignet sich dieses Vorgehen. Weil die Usability der Software nach jedem Sprint gegen vorab definierte Akzeptanzkriterien gemessen, bewertet und gegebenenfalls nachjustiert werden kann. Die Akzeptanzkriterien, gegen die das Entwicklungsergebnis zu spiegeln ist, orientieren sich dabei konsequent an den Erwartungen, die Nutzer aus dem Home-Bereich mitbringen. Die Usability des Tools entwickelt sich dadurch über den gesamten Entwicklungsprozess hinweg und implementiert selbst jüngste Nutzergewohnheiten.

Zusammenfassend lässt sich festhalten: In einer Branche, in der Zeit Geld ist und eine kurze Time to market über den Erfolg entscheidet, müssen Engineeringtools vor allem eines sein: nutzerfreundlich. So attraktiv es erscheinen mag, in der Zusammenarbeit mit Ergonomen das Rad der besten Bedienoberfläche ein ums andere Mal neu zu erfinden, so vielversprechender ist der Ansatz, bei der Entwicklung von Engineeringtools auf bestehende Programmier- und Darstellungs-Standards zurückzugreifen.

Autor: Dr. Sven Kreft ist Produktmanager bei Wago Kontakttechnik in Minden.