HMI
HMI als Zukunftstechnologie ► Entwicklung, Einsatzgebiete und Aufgaben von Human Machine Interfaces
Ein HMI also Human Machine Interface oder auch Benutzerschnittstelle ist der mit dem Benutzer kommunizierende Teil eines Computerprogramms. Die Benutzerschnittstelle ist die Verbindung zwischen Anwender und Maschine oder Anlage. UI-Design, Gestaltung und benutzerfreundliche Bedienbarkeit und damit die User Experience und Usability gewinnen mit steigender Komplexität der Systeme an Bedeutung.
Die Benutzerschnittstelle wird neben "Mensch-Maschine-Systemen" (MMS) wird auch "Man Machine Interface" (MMI) genannt.
Ein Human Machine Interface, kurz HMI, ist entweder ein Gerät/Hardware oder eine Software (z. B. ein Betriebssystem). Es ist der Teil einer Maschine, mit dem der Mensch interagiert. Einfache Alltagsbeispiele sind das Lenkrad im Auto oder ein Bedienteil wie ein Lichtschalter an einer Lampe. Beide Gegenstände gehören weder zu einer Maschine noch zum Menschen, sondern bilden die Schnittstelle.
Technisch gesehen beschreibt der Begriff HMI jeden Bildschirm, der zur Kommunikation mit einem Gerät zum Einsatz kommt. Praktisch sind jedoch nur Bildschirme in der industriellen Umgebung gemeint, über die ein Beutzer eine Maschine über eine grafische Benutzeroberfläche steuert. Im industriellen Umfeld findet die Interaktion, je nach Anwendungsgebiet, auch via HMI Panel, Display oder Tastern statt. Daher ist ein wichtiger Bestandteil ein von der Form her passendes Gehäuse. Große Datenmengen werden gesammelt und so verarbeitet, dass sie dem User über ein Panel ausgespielt werden. Weitere wichtige Abkürzungen 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. In PKWs sind Bediensysteme für Klimatisierung, Navigation, Telefonie und Entertainment in der Mittelkonsole oder als zentrales Display im Armaturenbrett untergebracht. Multifunktionsschalter am Steuer von PKWs und Schalter und Module im Cockpit für LKW, Traktor und Landmaschinen zählen ebenfalls dazu.
Aufgaben der Bediensysteme
Bei HMI oder MMI spricht man auch von Bedienen und Beobachten und der Schnittstelle Mensch/Maschine. Es werden in derartigen Systemen Betriebszustände des Fahrzeuges angezeigt und die Bedienung von Funktionen, wie
- Heizung
- Klima
- Lüftung
- Navigation
- Telefonie
- Entertainment (Radio, Musik und Videostreaming)
Bei vielen Systemen findet "Beobachten" auf einem Display statt, die Bedienung durch den Mensch erfolgt aber mechanisch über zentrale Drehsteller (z. B. I-Drive) oder über Bedienelemente wie Multifunktionsschalter am Lenkrad oder Tasten zur Benutzung der Klimaanlage. Der Trend geht hin zu vollständig integrierten Systemen, bei denen alle, (oder fast alle) Funktionen über einen oder mehrere Touchscreens sichtbar und bedienbar sind. Da ein Display bei der Bedienung dem Benutzer kein haptisches Feedback liefert (zum Beispiel der Druckwiderstand eines Schalters) versucht man in den neuesten Generationen über Vibration und akustische Signale 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
Frontplatten bieten die Schnittstelle zwischen Mensch und Bedieneinheit. Frontplatten sind meist aus aus eloxiertem Aluminium, Kunststoff, Edelstahl oder FR4 Material. Das Design der Bedieneinheiten wird für die Kundenanwendung entsprechend entworfen. Frontplatten enthalten oft eine Folientastatur (ein Touchsystem). Für Frontplatten gibt es verschiedene Einbaumöglichkeiten: Kleben, Schrauben, Stecken und vieles mehr. Beschriftungen werden für höchste Qualität mit einer (Laser-)Gravur aufgebracht.
Siehe Frontplatten Hersteller
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 ist die Abkürzung für Supervisory Control and Data Acquisition und beschreibt ein Computersystem, mit dem technische Prozesse in einer automatisierten Fertigung überwacht und gesteuert werden können. Die Software wird zum Steuern von großen Produktionsanlagen eingesetzt, beispielsweise für ein ganzes Werk oder einen Standort. SCADA besteht aus unterschiedlichen Komponenten wie SPSen, Sensor und Remote Terminal Units. Sie alle sammeln Daten im Rahmen von Produktionsprozessen, die gespeichert werden. Zusätzlich kann das SCADA System Anlagenoperationen steuern, teils automatisiert. HMI und SCADA werden immer wieder verwechselt, da sie Ähnlichkeiten aufweisen und genau genommen zusammenarbeiten. Tatsächlich ist ein HMI häufig ein Teil eines SCADA-Systems. HMI ist die Schnittstelle für die Interaktion mit dem SCADA-System. Bediener können über HMIs mit der Anlage interagieren und sie verwalten. SCADA liefert dem HMI die Informationen und es sorgt dafür, dass Benutzer die Daten einsehen und verwenden können.