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Human Machine Interface Maschinenbedienung der nächsten Generation

| Autor/ Redakteur: Tobias Ischen / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Um die richtige Maschinenbedienung auswählen zu können, sind Vorschriften sowie die jeweilige Maschinenumgebung zu beachten. Zudem mischen neue Technologien den Markt auf. Hier folgt ein Überblick.

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Augmented Reality ist eine Technologie, mit der Anwender künftig Maschinen und Anlagen steuern und bedienen können. Welches Bedien- und Visualisierungskonzept das richtige ist, hängt allerdings von unterschiedlichen Faktoren ab.
Augmented Reality ist eine Technologie, mit der Anwender künftig Maschinen und Anlagen steuern und bedienen können. Welches Bedien- und Visualisierungskonzept das richtige ist, hängt allerdings von unterschiedlichen Faktoren ab.
(Bild: Eaton)

Egal ob als einfacher Drucktaster, Bedienterminal, Smart Device mit zahlreichen Extra-Funktionen oder in die speicherprogrammierbare Steuerung integriert: Die sogenannte Mensch-Maschine-Interaktion (HMI für Human Machine Interface) verknüpft nicht nur die menschliche Herangehensweise mit der Maschinenwelt. Bedienplätze sind auch die Schnittstelle, in der sich Funktionalitäten mit Gebrauchstauglichkeit und der industriellen Anwendung verbinden. Das gilt für Routine-Kontrollen ebenso wie für komplexe Aufgabenstellungen einer Smart Factory und für industrielle Applikationen im Internet of Things (IoT). Produktionsteams profitieren u.a. davon, immer und von überall auf Informationen über Maschinen-Zustände und Wartungspläne zugreifen zu können.

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Wer seine Informationen parat hat, kann richtig reagieren. Vorausgesetzt, der Bediener kann die nützlichen Daten situativ und auf Anhieb erfassen und bei Bedarf auch unmittelbar umsetzen. Ob das funktioniert, liegt meist weniger am Bediener selbst als am Visualisierungs- und Bedienkonzept des HMI. Damit lassen sich etwa Informationen grafisch aufbereiten, Bedienabfolgen aufbauen oder auch Bedienfehler vermeiden. Hier spielen beispielsweise ergonomische Ansätze hinein wie sinnesphysiologische Grenzen oder Hilfen. Einfach zu bedienende und an Fähigkeiten und Anwendung angepasste Mensch-Maschine-Schnittstellen können zudem Prozesse beschleunigen.

Normen: Eckpfeiler kreativer Konzepte

Die Maschine mag gut strukturierte Daten liefern, jeder Mensch nimmt jedoch mit anderem Erfahrungs-Background wahr, interpretiert auf Basis seiner Rolle im Produktionsprozess, seiner Qualifikation, Sprache oder kulturellen Prägung. Und mit den Smartphones ändern sich per Gesten- und Bewegungssteuerung auch die Bediengewohnheiten. Hinzu kommen je nach Anwendung anders gelagerte Sicherheitsaspekte, die es zu beachten gilt. Außerdem entwickeln Maschinenbauer industrielle Applikationen oft für internationale Märkte, gesetzliche Vorgaben variieren jedoch national.

Europäische Normen regeln, wie elementare und sicherheitsrelevante Funktionen für Mensch-Maschine-Schnittstellen zu realisieren und auch wie sie zu bedienen sind. Darin sind sowohl die Art der Bedienelemente, als auch deren farbliche Gestaltung und Beschriftung festgelegt. So befasst sich die EN 60204-1 mit Sicherheit und elektrischer Ausrüstung von Maschinen sowie deren Bedienkonzepten. In der EN 60073 geht es um das Thema Kennzeichnung, vor allem um die Codierung von Farbe, den Einsatz von Formen, Textur, Position, Tastbarkeit etwa von Vibrationen, auch Akustik und Zeit. Weitere Kennzeichnungsregeln beinhaltet die EN 60447, die auch Grundsätze für die Bedienung bestimmt.

Kreativen Konzepten sind im Engineering also Limits gesetzt. Andererseits ermöglichen gerade diese dem Maschinenbauer, seinen Kunden einen Mehrwert zu schaffen. Mit gut strukturierten Bedienroutinen etwa und besonders auch in Detailfragen, die oft den Faktor Time-to-Market berühren. So greifen auf lokalen Märkten zum Beispiel auch erweiterte Bestimmungen, etwa von Berufsgenossenschaften.

Gebrauchstauglichkeit je nach Einsatzbedingung

Und auch Vorschriften rund um das Thema Gebrauchstauglichkeit spielen eine Rolle, weil Maschinen meist in rauen Industrieumgebungen laufen. Beim Einsatz in der Lebensmittelindustrie muss der Maschinenbauer z.B. zusätzliche Faktoren beachten: Bei den Gestaltungsprinzipien des sogenannten hygienischen Designs geht es um Material- und Oberflächenbeschaffenheit sowie um die Ausführung der Oberflächenkonstruktion. Beispielsweise sollte man kleine Spalte vermeiden, damit sich Verschmutzungen nicht festsetzen können. Wo und wie die Bedieneinheit verbaut wird, ist also ebenfalls ein wichtiger Punkt.

Zudem tragen auch ergonomische und haptische Faktoren zur Auswahl eines Bediengerätes bei: z.B. Lichtverhältnisse oder Arbeit mit Handschuhen. Für die Not-Aus-Funktion ist ein mechanischer Drucktaster vorgeschrieben, in anderen Anwendungen übernimmt das HMI oder das Smartphone die Funktion der klassischen Befehls- und Meldegeräte. Neben Normalbetrieb, Visualisieren und Bedienen, sind daher komplexere Aufgaben wie Diagnose und Wartung möglich.

Mit allen Sinnen in die Zukunft

In Zukunft sind Smart Devices nicht mehr nur mit der heutigen Multitouch-Technologie, sondern auch mit neuen Touch-Technologien denkbar: etwa die Bedienung per berührungsloser Gestensteuerung (3D Touch), das Auslösen einer virtuellen Taste über den ausgeübten Druck (Force-Touch-Sensor), das Übertragen der Informationen auf die Haut (Skin Touch) oder das Bedienen der Steuerung durch Berühren einer holografischen Projektion (Hologram Touch).

Mit einer schicken Bedienoberfläche allein ist es also nicht getan, zumal sie nur eine Dimension eines ganzheitlich angelegten Bedienkonzepts für IoT-Anwendungen ist. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist immer Teil einer Automatisierungslösung, deren Kern eine SPS (englisch PLC) bildet – entweder als Modularsteuerung, Kompaktsteuerung oder HMI/PLC, also einem Kombigerät, das Steuerungsfunktion und Touch-Panel für die Bedienung in sich vereint. Die Wahl des Steuerungstyps eröffnet dem Maschinenbauer über das entsprechende Bedienkonzept neue und interessante Möglichkeiten. So lassen sich viele Steuerungs- und Bedienkonzepte mit verschiedenen Architekturen und Komponenten je nach individueller Anforderung realisieren. (sh)

* Tobias Ischen ist Produktmanager bei Eaton in Bonn.

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