HMI: Human Machine Interface
Ein Human Machine Interface (HMI) ist ein Gerät oder eine Software, die als Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine dient. Beispiele sind das Lenkrad im Auto oder ein Lichtschalter. HMI umfasst im technischen Kontext jeden Bildschirm zur Gerätekommunikation, wird aber hauptsächlich in der Industrie für die Steuerung von Maschinen über grafische Benutzeroberflächen verwendet. In industriellen Anwendungen erfolgt die Interaktion auch über HMI Panels, Displays oder Taster. Ein angepasstes Gehäuse ist für die effektive Nutzung essenziell. HMI-Systeme sammeln und verarbeiten große Datenmengen zur Anzeige auf Panels. Verwandte Begriffe sind HMIA (Human Machine Interface Automotive), HMIC (Human Machine Interface Components) und HMIS (Human Machine Interface Systems).
Entwicklung des Human Machine Interface
Das Human Machine Interface ist keine Neuheit, sondern besteht schon so lange wie die ersten Maschinen. Verändert hat sich jedoch die technische Komplexität, sodass anfangs viel Fachwissen und Erfahrung von den Anwendern zur Bedienung der Benutzungsschnittstellen gefordert wurde. Einfacher wurde die Bedienung der Maschinen mit den Aufkommen der Elektronik in der industriellen Fertigung. Hydraulik- und Elektroantriebe sorgten dafür, dass die Maschinen ungefährlicher und leistungsstärker wurden. Zusätzlich konnten die Maschinen auch aus der Distanz und vom eigentlichen Aufstellungsort entfernt bedient werden. HMIs leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Maschinensicherheit. Mit der Weiterentwicklung wurden die Steuerungssysteme immer komplexer, wodurch die Usability sank. Erst mit dem Aufkommen von Tastaturen und Bildschirmen im Arbeitsalltag war auch eine verbesserte Anpassung an die Benutzerfreundlichkeit möglich.
Einsatzgebiete
HMIs werden in vielen Bereichen und Branchen eingesetzt.
- Automobilindustrie
- Medizintechnik
- Lebensmittelindustrie
- Pharmaindustrie
- Industrie-PCs
- Medical-PCs
HMI in der Automobilindustrie
Das Human Machine Interface als Technologie in der Automobilindustrie erlaubt dem Fahrer das Beobachten der Betriebszustände und das Bedienen via Benutzeroberfläche verschiedener Funktionen und des Bord-Computers im Fahrzeug.
Via HMI werden Zustände des Fahrzeugs angezeigt und Funktionen wie Heizung, Klimaanlage, Lüftung, Navigation, Telefonie sowie Entertainment (Radio, Musik, Videostreaming) bedient.
Zusätzlich zum „Beobachten“ findet bei immer mehr Systemen auch das „Bedienen“ auf einem oder mehreren Displays statt. Da Displays bei der Bedienung mit Wisch- und Slidegesten längere Blickabwendung vom Straßenverkehr erfordern und kein haptisches Feedback liefern (zum Beispiel vergleichbar dem Druckwiderstand eines Schalters) versucht man in den neuesten Generationen über Vibration, akustische Signale und haptische Elemente wie Drehsteller auf dem Display, Rückmeldung an den Nutzer zu geben.
Augmented Reality, die Projektion von Navigationshinweisen, Fahrzeuggeschwindigkeit, Verkehrshinweisen und Betriebszuständen wie Tankinhalt oder Ladezustand von Batterien auf ein Display im Sichtfeld des Fahrers, ist ein Fahrerassistenzsystem, das dem Bereich "Beobachten" zugerechnet wird und bei der Bedienung unterstützen soll.
Nutzfahrzeuge
Bediensysteme im Bereich Nutzfahrzeuge (Commercial Vehicles) Traktoren und Landmaschinen sind grundsätzlich ähnlich, technologisch aber der Anwendung entsprechend robuster ausgelegt. Hier handelt es sich um Mechanische Bedienelemente, wie Schalter, Konsolen, Wahlhebel, aber auch Komplette Module und Systeme inklusive Displays. Auch hier ist ein starker Trend zur Vernetzung und Integration zu erkennen. Immer mehr Funktionen werden in Displays angezeigt und sind dort auch per Touchscreen zu bedienen.
Frontplatten dienen als Schnittstelle zwischen Mensch und Bedieneinheit und bestehen häufig aus eloxiertem Aluminium, Kunststoff, Edelstahl oder FR4-Material. Sie werden kundenspezifisch entworfen und integrieren oft eine Folientastatur oder ein Touchsystem. Verschiedene Einbaumethoden wie Kleben, Schrauben oder Stecken sind möglich. Für dauerhafte Beschriftungen wird häufig eine (Laser-)Gravur verwendet.
HMI als Zukunftstechnologie
Hochleistungs-HMI
Hochleistungs-HMI beschreibt eine Designmethode, die dafür sorgt, dass die Aufmerksamkeit des Nutzers nur auf die kritischsten Informationen gelenkt wird. Dadurch können Probleme schneller erkannt und behandelt werden.
Multi-Touch
Multi-Touch-Screens ermöglichen über mehrere Berührungen und Gesten gleichzeitig zu interagieren.
Fernüberwachung
Per Fernüberwachung können Nutzer über einen Browser ortsungebunden auf Dashboards und Reports zugreifen. Egal ob über einen Computer, das Tablet oder das Smartphone. Die Überwachung aus der Entfernung erlaubt außerdem die Kontrolle außerhalb der Geschäftszeiten, ohne körperlich anwesend sein zu müssen.
Berührungslose Steuerung
Die Interaktion mit der Anlage durch Armaturen Tastaturen oder Touchscreens hat vor allem im industriellen Einsatz einige Nachteile wie Verschmutzung, Anfälligkeit und komplizierte Reparaturen oder teuren Austausch. Daher geht die Entwicklung immer weiter in Richtung von berührungslosen Eingabebefehlen, welche zahlreiche Vorteile bieten. Zur Option stehen für dieses Gebiet die Eingabe per:
- Gestik
- Mimik
- Sprache
Während sprachgesteuerte technische Systeme, durch Sprachassistent wie Alexa von Amazon und Cortana von Microsoft, schon im Alltag recht geläufig sind, stehen der industriellen Nutzung, aufgrund der Lautstärke von industriellen Anlagen (zum Beispiel in Fabriken) noch einige Hürden im Weg. Auch die Steuerung über Gestik und Mimik von Menschen ist noch im Entwicklungsprozess, hat aber Potenzial für die Zukunft.
HMI und SCADA
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) ist ein Computersystem zur Überwachung und Steuerung technischer Prozesse in automatisierten Fertigungsanlagen, oft in großen Produktionsstätten eingesetzt. Es umfasst Komponenten wie SPSen, Sensor und Remote Terminal Units, die Produktionsdaten sammeln und speichern. SCADA ermöglicht auch die (teil-)automatisierte Steuerung von Anlagen. Ein HMI, als Schnittstelle, erlaubt Bedienern die Anlagensteuerung und -verwaltung, wobei es von SCADA mit Informationen versorgt wird.