Als HMI oder auch Human Machine Interface wird in der Regel die Bedieneinheit oder das Bedienteil an einer Maschine bezeichnet, an dem der Mensch die Maschine steuert und wo ihm wichtige Informationen für den Betrieb einer Maschine oder eines Gerätes zur Verfügung gestellt werden.
Das HMI ist die wichtigste Schnittstelle für den Benutzer
Das Human Machine Interface ist der Teil einer Maschine oder Maschineneinrichtung, an dem eine Interaktion zwischen dem Mensch und der Maschine stattfindet, oder um es anders zu sagen, wo der Mensch eine Maschine bedient. Doch das ist längst nicht alles, da diese HMI Schnittstelle auch wichtige Informationen für den Benutzer bzw. Bediener bereitstellt. In einer Fabrik beispielsweise wird der Benutzer der Maschine über das HMI Interface auch wichtige Informationen über den momentanen Produktionsablauf erhalten, beispielsweise über ein Display, das in fast allen modernen Maschineneinrichtungen innerhalb von Fabriken vorhanden ist. Bei Maschinen wird das meist über ein modernes Bedienpult realisiert, das aus Touch Display und zusätzlichen Bedienknöpfen besteht. Es muss aber nicht unbedingt eine Maschine in einer Fabrik sein, in der komplizierte Fabrikationsabläufe stattfinden. Auch wesentlich einfachere Geräte für den Haushalt enthalten solche Interfaces.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle in komplexen Arbeitsumgebungen
Es gibt zahlreiche Einsatzgebiete für die Schnittstelle zwischen dem Menschen und der Maschine. Einer davon wurde bereits genannt, nämlich die Kommunikation von Firmenangestellten mit Maschinen oder Produktionsanlagen in Firmen. Hier dienen die Schnittstellen dazu, möglichst kompakt viele Informationen des umfangreichen Herstellungsprozesses von verschiedenen Produkten dem Bediener einer Maschine zu vermitteln und diesen zu ermöglichen, in den aktuellen Produktionsprozess einzugreifen oder ihn zu steuern, wenn dies notwendig ist. Beim Einsatz der Schnittstellen ist es sehr wichtig, diese möglichst bedarfsgerecht und bedienfreundlich zu gestalten, um den gesamten Herstellungsprozess verschiedenster Produkte so effizient und kosteneffektiv wie möglich zu machen.
Die Entwicklung der HMI Schnittstellen zwischen Menschen und Maschinen
Wenn man einmal bei den Anfängen zu Beginn der Industrialisierung und Technisierung unserer Gesellschaft beginnt, bestanden die ersten Human Machine Interfaces aus einfachen Schaltern und hatten einige Kontrollleuchten. Die Schalter dienen dazu, ein Gerät ein- oder auszuschalten, die entsprechenden Kontrollleuchten zeigten dem Benutzer die Betriebsbereitschaft dieser Maschinen oder Geräte. Je weiter die Technik fortschritt, desto umfangreicher wurden diese Human Machine Interface. Aus den einfachen Schaltern und Kontrollleuchten (die auch bis in die heutige Zeit noch verwendet werden) wurden elektronische Bedienteile mit Displays und Tastenfelder. Später entstanden computergesteuerte Abläufe und Maschineneinheiten, in denen die tatsächliche Steuerung verschiedene Softwareprogramme übernahmen. Diese Systeme werden auch heute noch eingesetzt. Die Darstellung der für den Benutzer relevanten Informationen erfolgt über Bildschirme, die meistens als Touchscreens ausgeführt sind und gleichzeitig die Bedienung und den Eingriff in die Produktionsabläufe ermöglichen.
Vor- und Nachteile von Human Machine Interfaces
Ohne entsprechende Schnittstellen für den Benutzer kommt heute kaum noch eine Maschine aus. Dies gilt keineswegs nur für komplizierte Produktionsmaschinen in entsprechenden Betrieben, sondern auch im Haushalt. Die Vorteile der HMI liegen klar auf der Hand:
– wichtige Informationen werden jederzeit übersichtlich dargestellt
– einfache Steuerung des Maschinenbetriebes
– sofortige Information bei Ausfällen von Maschinenteilen
– übersichtliche Darstellung und damit vereinfachte Bedienung
– durch Computertechnik sehr platzsparende Bedieneinheiten möglich
– sehr häufig Bildschirm und Eingabeelement in einer Einheit
– örtliche Trennung von Steuereinheit und Maschine problemlos möglich
– durch die Computersteuerung Vernetzung von Maschinen und Steuerungsprozessen möglich
– Anpassung der Schnittstellen alleine durch die Veränderung von Software
Human Machine Interface haben auch Nachteile, aber werden in der Regel durch die Vorteile der Systeme überwogen.
– meist relativ teure Steuerungsprozesse und nicht geringe Wartungskosten
– anfänglich noch relativ empfindliche Steuerungseinheiten in Form von Tastaturen oder Bildschirmen
– oft ist eine gründliche Einweisung und Einarbeitung notwendig
– hohe Kosten bei Ausfällen oder Defekten
– relativ oft sind Softwareaktualisierungen notwendig
– durch Computersysteme höhere Anfälligkeit für Manipulationen
HMI – technischen Grundlagen
Die technischen Grundlagen für die Schnittstellen zwischen den Menschen und den Maschinen bilden zum einen die Maschineneinheiten, die heute in der Regel miteinander vernetzt werden und die Steuerungseinheiten in Form von Computersystemen, bei denen die eigentliche Steuerung mithilfe von speziell ausgelegter HMI Software erfolgt. Sehr wichtig ist dabei eine Individualisierung der Software und auch der verschiedenen Maschinenkomponenten, wobei alle Komponenten aufeinander abgestimmt sein sollten für eine höhere Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Systeme. Im Wesentlichen bestehen die Systeme aus folgenden Komponenten:
– die maschinenrelevanten Teile (Sensoren und Aktoren)
– die steuerungsrelevanten Maschinenteile (Computer und HMI Software sowie Steuerungseinheit in Form von Tastatur und Display oder Touchscreen)
– die Vernetzbarkeit von einzelnen Produktionsbereichen und den entsprechenden Maschinen samt Steuerungen
Die Digitalisierung und Industrie 4.0
Human Machine Interfaces spielen eine sehr wichtige Rolle bei der Digitalisierung von Produktionsprozessen innerhalb von Fabriken, auch unter Industrie 4.0 bekannt. In der Regel versteht man darunter die moderne Computertechnik als zentrale Steuereinheit für verschiedenste Produktionsbereiche, die miteinander vernetzt werden. Ein wichtiger Punkt dabei ist die mögliche Anpassung von laufenden Prozessen quasi in Echtzeit, bei der jederzeit Eingriffe in laufende Produktionsprozesse möglich sind, wann immer dies notwendig ist. Im Wesentlichen geht es dabei um die mögliche Anpassung von allen möglichen Produktionsprozessen und dem Eingriff in diese bei möglichst geringen Ausfällen von Maschinen. Industrie 4.0 ist dabei die Bezeichnung für die umfassende Digitalisierung im Bereich der industriellen Produktion, wobei es insbesondere auf die Vorbereitung auf zukünftige Entwicklungen ankommt. Als technische Grundlage dienen intelligente und miteinander vernetzte Systeme in Form von Panel-PCs, welche die Herzstücke der meisten HMI-Anwendungen bilden. Diese Panel-PCs sind optimal auf die jeweiligen Anwendungsbereiche abgestimmt und können im Gegensatz zu den meisten anderen PCs auch in harten Arbeitsumgebungen eingesetzt werden. Viele der Modelle sind mit einem Spritzwasserschutz versehen und überzeugen durch ihre robuste Bauweise.
Fazit:
Das Human Machine Interface und Begriffe wie Industrie 4.0 prägen heutige Produktionsprozesse und machen die Weiterentwicklung der Automatisierung innerhalb von Produktionen deutlich. Eine sehr große Rolle spielen hier die Steuerungssysteme, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit oft über Touch-Displays bedient werden. Um für das jeweilige Einsatzgebiet am besten geeignet zu sein, werden die Panel-PCs sogar häufig nach den Vorgaben der Auftraggeber angefertigt bzw. auf deren Herstellungsprozesse und an die jeweiligen Umgebungsbedingungen angepasst. Innovative HMI-Lösungen sind heute gefragter denn je. Dabei wird größter Wert gelegt auf einen optimierten und automatisierten Betrieb von Produktionsanlagen bei einer nie da gewesenen Benutzerfreundlichkeit, die schon beinahe an eine spielerische Einfachheit herankommt.
