Erschienen am: 03.03.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 3 2017

Perfekt bedient

Multitouch-Displays in industriellen Anwendungen

So unterschiedlich die Industrien und deren äußere Bedingungen sind, so verschieden sind auch die Touch-Displays, die in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen. Denn die Beschaffenheit der Displays richtet sich nicht nach Wunschmaterialien oder technischen Vorgaben, sondern nach dem Umfeld, das auf die verbauten Elemente wirkt. Folglich entstehen Abhängigkeiten zwischen Verwendung, System und äußeren Einflüssen, die gegenseitig auf sich wirken.


Bild: Wammes & Partner GmbH

Häufig stellen Hersteller fest, dass ihr Multitouch-Display, das anfänglich als HMI für einen Fahrkartenautomaten konzipiert wurde, beim Einsatz anderenorts nicht funktioniert und mit Regressansprüchen zurückkommt. In der Reparaturwerkstatt beispielsweise hielt es dem ständigen Schmutz nicht stand oder begann sogar, ein Eigenleben zu führen. Ebenso häufig wird die Kombination von verbauten Elementen durch neue Anforderungen an neue Touch-Sensoren nicht neu bewertet und entsprechend ungenügend realisiert. Ändern Produktintegratoren eine Komponente, heißt das nicht zwangsläufig, dass die anderen angepasst bzw. neu aufeinander abgestimmt werden. So kommen z.B. für gebogene oder flexible Displays - oder deren Komponenten - altbewährte, aber nicht unbedingt geeignete Materialien wie ITO-Keramik zum Einsatz. Eine solche ITO-Schicht (Indium Tin Oxide) ist zwar ein transparentes Material und der aktuelle Stand der Technik für preiswerte und transparente leitfähige Strukturen. Jedoch ist es auch spröde und somit denkbar ungeeignet in flexiblen Anwendungen. Alternativen wie Silver- oder Carbon-Nano-Tubes haben wiederum eigene Eigenschaften. Das führt zu einer neuen Systemkombination. Ein Austausch der Teile nach dem Motto alt zu neu ist nicht ohne Weiteres möglich. Doch selbst wenn das Display nicht ausfällt, kommt es mindestens zu Fehlinterpretationen. Bei Commodity-Displays wie beim Tablet oder Smartphone hätte das keine dramatischen Konsequenzen. In industriellen Anwendungen bedeuten falsche Befehle jedoch Welten. Gerade bei Multitouch ist die Notwendigkeit groß, Fehlinterpretationen gering zu halten. Es gilt, den passenden Algorithmus zu finden und die Bedienungssicherheit auf den Prüfstand zu stellen. Auch der Fehlerfaktor Mensch spielt bei all dem eine Rolle.

Multitouch ist nicht nur PCAP

Ein in der Industrie weit verbreiteter Irrglaube ist, dass Multitouch als Synonym für PCAP (projected capacitive) und damit als Allheilmittel für Displays gilt. Zum einen ist das schlichtweg falsch, zum anderen benötigen Hersteller für funktionale Lösungen ohnehin mehr als nur die Zauberformel PCAP. Sie müssen sich von der Vorstellung lösen, dass alleine die Implementierung eines geläufigen Begriffes alle beteiligten Parteien tatsächlich zufriedenstellt. Denn: PCAP ist eine technische Konfiguration, per Saldo eine Methodenbeschreibung und kein fertiges, fest definiertes Produkt. Abstrakter formuliert lässt sich PCAP mit einem Auto vergleichen. Es hat je nach Modell unterschiedliche Konzeptionen, Motoren, Karosserien, Bremsen oder Ausstattungsmerkmale. So muss auch PCAP je nach Einsatzgebiet und Hersteller durch unterschiedliche Hardware und Prozesse realisiert werden. Am Ende gilt zudem: Alles ist nur so gut, wie das System, in dem es verbaut ist. Nicht zu unterschätzen sind je nach Anwendungsgebiet unterschiedliche thermische Koeffizienten, die das System verbiegen und damit erneut falsche Befehle an den Algorithmus geben. Hier besitzt PCAP tatsächlich einen Vorteil gegenüber resistiven Sensoren. Die Methode eignet sich oft für raue Umgebungen. Hinzu kommt, dass die Membranen über resistiven Touch-Sensoren wesentlich anfälliger für Vandalismus sind. Dennoch hängt die Bewertung, welche Eigenschaften tatsächlich wichtig, notwendig oder vernachlässigbar sind, vom System ab. Eine Verifikation durch zahlreiche relevante Tests verhindert ungewollte Ergebnisse im längeren Betrieb.

Wie viel Berührung ist nötig?

Das zentrale Problem für Multitouch-Displays in industriellen Anwendungen sind mitunter die äußeren Einflüsse auf Displays: dauerhafte Vibrationen, elektrische Felder oder elektromagnetische Strahlung und instabile Massekonzepte. Der Algorithmus, das Hirn unter den verbauten Komponenten, muss daher in der Lage sein zu erkennen, ob ein Befehl durch die Berührung des Displays erfolgt oder ob Störfaktoren dessen Ladungen verschieben. Ein Touch-Sensor ist umso zuverlässiger, je höher seine künstliche Intelligenz ist. Für sie wiederum ist entscheidend, wie viele Berührungen oder Ladungsverschiebungen zeitgleich zu detektieren und auszuwerten sind. Während Multitouch-Displays in taktischen oder Gaming-Anwendungen bis zu 50 Berührungen gleichzeitig erkennen müssen, reichen für die Industrie in der Regel zwei, und zwar für Auswählen, Wischen, Drehen und Zoomen. Algorithmen sind schließlich von der Brainware und der Rechenleistung abhängig. Je mehr Berührungen zu erkennen, zu berechnen und umzusetzen sind, desto länger dauert der Vorgang. Je klüger der Algorithmus ist, desto mehr Performance muss zur Verfügung stehen, um in der gegebenen Latenzzeit den Befehl tatsächlich auszuführen. Je nach Branche und Industrie ist das sicherheitsrelevant. Es besteht die Möglichkeit, Algorithmen als Treiber zu programmieren und z.B. auf leistungsfähige externe GPUs auszulagern. Oft kommen aber kleine, preiswerte, vorprogrammierte und direkt verbaute Chips zum Einsatz, auch wenn sie meist nicht einfach updatebar sind. Bei einfach updatebaren Lösungen lassen sich Systeme leichter austauschen bzw. der benötigten Rechenleistung und Funktion anpassen. Allerdings entstehen dadurch mehr Schnittstellen und somit höhere Kosten sowie aufwendigere Qualifikationstätigkeiten. Folglich entscheidet auch hier das System in Abhängigkeit der Sicherheitsrelevanz und der zu erwartenden Anforderungen über dessen Eignung.