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Daten immer zur Hand

Mobile Human Machine Interfaces

Daten immer zur Hand

Smart Mobile Devices ermöglichen die Realisierung moderner Anwendungsfälle. Mit Tablets oder Smartphones können Maschinen- und Anlagenfahrer stets auf benögtigte Informationen zugreifen. Ein Praxisbeispiel soll die Möglichkeiten und Vorteile verdeutlichen. Aber ist dies wirklich eine Revolution, wie es innerhalb der Industrie 4.0 postuliert wird, oder haben wir es mit einer Evolution zu tun? Ein Streitgespräch.



Bild: © michaeljung / iStockphoto.com

Smart Mobile Devices sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Wir verbinden uns unterwegs über Facebook, Xing oder E-Mail mit Freunden, Partnern und Kollegen. Wir haben stets die Informationen zur Hand, die wir benötigen. Mobile Human-Machine Interfaces (HMI) – also solche, die mittels Smart Mobile Devices realisiert wurden – ermöglichen vielfältige und neue Anwendungsfälle im Industriealltag. Maschinen- und Anlagenfahrer können besser unterstützt werden, indem sie ihre Entscheidungen auf aktuelle Informationen gründen. Smart Mobile Devices als ständige Wegbegleiter in der Fertigung können direkt mit der Maschine kommunizieren, um aktuelle Prozesszustände zu visualisieren und helfen somit, die Gründe für Fehlerfälle zu diagnostizieren.

Erster Fall: Inbetriebnahme

Eine aktuelle Herausforderung ist die Inbetriebnahme und die Wartung von Maschinen und Anlagen. Meist sind diese Maschinen sehr groß. Müssen I/Os überprüft und mit den erwarteten Reaktionen im HMI abgeglichen werden, ist dies oft mit langen Wegen für das Personal verbunden. Häufig werden Funkgeräte und zusätzliches Personal genutzt: Ein Helfer platziert sich am HMI und gibt die Änderungen dem Arbeiter an der Maschine durch. Jeder, der einem Familienmitglied oder Freunden schon mal PC-Hilfe über das Telefon gegeben hat, weiß wie ineffektiv und fehleranfällig eine solche Fernwartung ist.

Personalschonender und weniger fehleranfällig sind VNC-basierte Lösungen. Arbeiter holen sich das HMI über eine Remote Desktop-Verbindung auf ihren Laptop. Das funktioniert, wenn ein einziger Client mit dem HMI verbunden ist. Eine Inbetriebnahme wird aber oft nicht allein durchgeführt und dann können die Arbeiter um den Mauszeiger kämpfen. Smart Mobile Devices wie Tablets oder Smartphones können diese Problematik lösen. Jeder Arbeiter erhält sein eigenes Inbetriebnahme-HMI, das direkt mit der Maschine oder dem Anlagenteil verbunden ist und relevante Live-Daten darstellt.

In Form einer Inbetriebnahme-Checkliste wird dem Arbeiter zusätzlich zum HMI eine Art Todo-Liste für seine Inbetriebnahme-Handlungen gezeigt. Diese Checklisten werden mit Live-Daten und Alarmen der Maschine gefüllt. Sind die erwarteten Daten und Informationen im Datenraum der Maschine vorhanden, kann der entsprechende Punkt abgehakt werden. Anderenfalls kann mittels einfachen Gesten nach dem Grund für die fehlerhaften Daten geforscht werden. Sind alle Aufgaben erledigt, wird die Liste als Prüfprotokoll exportiert und mit der digitalen Unterschrift des Arbeiters signiert und verschlüsselt an den Auftraggeber übermittelt. Dies spart Zeit und Papier. Zudem kann es Vertrauen zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber schaffen.

Zweiter Fall: Diagnose

Bei der Diagnose von Fehlern werden Maschinen und Anlagenteile nicht für sich betrachtet, sondern im Kontext vorhergehender und nachfolgender Maschinen und Anlagenteile. Denn diese haben ebenfalls einen Einfluss auf die Maschinenzustände, beispielsweise wenn der Materialfluss zur nächsten Maschine blockiert ist oder im vorhergehenden Anlagenteil ein Alarm zur Abschaltung führte. Die Ursache von Fehlern kann mittels lokaler HMI oft nicht eindeutig identifiziert werden, besonders wenn Ursache und Wirkung von Fehlern nicht an ein und dergleichen Maschine verortet sind.

Lokale HMI sind zur Maschinenbedienung vorgesehen, die relevanten Daten werden isoliert betrachtet. Als Ergänzung dazu bietet sich eine Diagnose-App an, die relevante Daten mindestens aus benachbarten Maschinen aggregiert. Mit solchen Apps können sich Wartungspersonal und Schichtleiter schnell ein Bild vom Gesamtzustand einer Fertigungsstraße verschaffen. Hierfür werden relevante Daten aus mehreren Maschinen aggregiert und anschaulich aufbereitet.

Revolution oder Evolution?

Smart Mobile Devices sind Produkte, die für den Consumer-Markt entworfen wurden und dort seit vielen Jahren einen Siegeszug hinlegen. Für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen gerade im Hochlohnland Deutschland ist es von Bedeutung, sich nicht den Trends und Erfolgsgeschichten aus dem Consumer-Markt zu verschließen. Wichtig ist, sich offen damit auseinanderzusetzen, um vielversprechende Ansätze agil zu adaptieren und somit frühzeitig Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Mobile HMI auf Basis von Smart Mobile Devices sind eine Ergänzung bestehender und lokal verbauter HMI. Sie können, wenn sie zweckbezogen entworfen wurden, einen echten Mehrwert leisten.

Die Geräte sind mit vielfältiger Peripherie ausgestattet: Mittels Kamera können Bilder aufgenommen und zur Dokumentation der Arbeitsschritte den Protokollen hinzugefügt werden. Die Kamera eignet sich aber auch für die Realisierung von Augmented Reality-Szenarien, also der Anreicherung von realen Bildern mit Daten aus der Produktion. Mittels GPS, WLAN, Bluetooth und Gyroskop kann eine sehr genaue Positionierung vorgenommen werden. Das Smart Mobile Device kennt bereits in der Hosentasche die unmittelbare Umgebung und kann zielgerichtet die relevanten Informationen besorgen.

Also: Revolution oder Evolution? Ganz klar: Evolution. Denn die unzähligen neuen Use Cases für mobile HMI sind nur eine logische Konsequenz aus dem Vorhandensein und dem Erfolg der Smart Mobile Devices im Consumer-Markt sowie aus der Weitsichtigkeit von innovativen Unternehmen, die schon frühzeitig die Bedeutung mobiler HMI für die Industrie erkannten und erste Use Cases realisierten. Zwei von diesen Cases haben wir hier vorgestellt, viele weitere sind denkbar, beispielsweise die Konfiguration von Geräten und Sensoren während des Anlagenbaus, die Qualitätssicherung im Maschinenbau, beim Service und Support, der Fernalarmierung autarker beziehungsweise mobiler Anlagen und Maschinen sowie schließlich die Bedienung und Beobachtung von Maschinen als stationär verbautes Panel als kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Industrie-Panels.

Schaut man allerdings etwas unter die Haube, dann ist auch eine Revolution erkennbar. Denn die Smart Mobile Devices können unterschiedlicher nicht sein: Es gibt viele Gerätetypen mit unterschiedlichen Bildschirmabmessungen und verschiedenen Betriebssystemen die verschiedene Programmiersprachen voraussetzen und -frameworks mitbringen. Revolutionär sind also die Ansätze, Vorgehen und Tools für die Entwicklung mobiler und industrietauglicher Apps. Ein Umdenken ist diesbezüglich erforderlich.

Revolutionäre Entwicklungsansätze

Für die Entwicklung mobiler HMI sind insbesondere zwei Aspekte maßgeblich: Die App muss für den jeweiligen Anwendungsfall speziell konzipiert und realisiert werden, um einen Mehrwert für den Nutzer und das Unternehmen zu erzielen. Und die App muss für die mobile Bedienung gestaltet werden. Projiziert man bestehende HMI auf Tablets, ensteht kein Mehrwert. Vielmehr erhöht der kleinere Tablet-Bildschirm das Risiko von Fehlbedienungen. Die spezifischen Anforderungen der Smart Mobile Devices wie verschiedene mobile Betriebssysteme, Bildschirmabmessungen et cetera stellen Ingenieure und Entwickler vor enorme Herausforderungen.

Die Workbench aus der HMI Suite von Monkey Works ist ein Entwicklungswerkzeug, das sich diesen Herausforderungen stellt. Es sieht auf den ersten Blick wie ein normaler HMI-Designer aus. Unter der Haube enthält das Tool allerdings Exportmodule, die Ingenieure und Entwickler von ‚Monkey Work‘ befreien. Auf Knopfdruck werden die erstellten HMI in plattformspezifischen Quellcode überführt, der dann sofort auf dem jeweiligen Endgerät als native App ausgeführt werden kann. Sind weitere Endgeräte gefordert, so ist lediglich ein weiterer Knopfdruck notwendig. Es ist weder eine weitere Projektierungsleistung notwendig noch wird spezifisches Fachwissen über die Zieltechnologie benötigt.

Das Vorgehen mit der Lösung ist einfach: Entwickler von (mobilen) HMI-Lösungen und Automatisierungsingenieure können aus einem großen Technologiebaukasten jeweils die für ihre Kundenanforderungen besten Bausteine wählen. Detailwissen ist dabei nicht notwendig. Obendrein macht das Tool fit für zukünftige Anforderungen, denn das Festlegen auf eine konkrete Realisierungstechnologie ist damit zur Entwurfszeit nicht notwendig.