09.09.2015

Mobile HMI

Smart Mobile Devices ermöglichen die Realisierung moderner Anwendungsfälle, denn mit mobilen Geräten wie Tablets oder Smartphones haben Maschinen- und Anlagenfahrer stets die Informationen zur Hand, die sie gerade benötigen. Der vorliegende Beitrag zeigt anhand eines Praxisbeispiels die Möglichkeiten und die damit verbundenen Vorteile. Doch ist dies wirklich eine Revolution, wie es innerhalb der Industrie 4.0 postuliert wird, oder haben wir es 'nur' mit einer Evolution als Folge des technischen Fortschritts zu tun? Ein Streitgespräch.

Autor: Stefan Hennig, Elco Industrie Automation GmbH.


Smart Mobile Devices wie Tablets oder Smartphones sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Wir verbinden uns unterwegs über Facebook, Xing oder Email mit Freunden, Partnern und Kollegen. Wir haben stets die Informationen zur Hand, die wir in unseren jeweiligen Situationen gerade benötigen - sei es das Nachschlagen einer Wegbeschreibung, der Öffnungszeiten unseres Lieblingslokals oder der Information bei Wikipedia während eines Disputs.

Neue Anwendungsfälle durch Smart Mobile Devices

Mobile HMIs - also HMIs, die mittels Smart Mobile Devices realisiert sind - ermöglichen vielfältige und neue Anwendungsfälle im Industriealltag. Maschinen- und Anlagenfahrer werden in ihren Aufgaben besser unterstützt, wenn sie ihre Entscheidungen auf aktuelle Informationen gründen können. 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.

Use Case 1: Inbetriebnahme

Eine aktuelle Herausforderung ist die Inbetriebnahme und die Wartung von Maschinen und Anlagen (Bild 1). Meist sind diese Maschinen sehr groß und nehmen durchaus Ausmaße bis zu einhundert Meter oder mehr an. Müssen I/Os überprüft und mit den erwarteten Reaktionen im HMI abgeglichen werden, ist dies oft mit langen und zeitintensiven 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. Dies funktioniert aber nur, wenn ein einziger Client mit dem HMI verbunden ist. Eine Inbetriebnahme wird aber meistens nicht allein durchgeführt und somit konkurrieren die Arbeiter um den Mauszeiger. Eine effiziente Erfüllung der Inbetriebnahme sieht aber anders aus. Smart Mobile Devices wie Tablets oder Smartphones lösen diese Problematik. Jeder Arbeiter erhält sein eigenes Inbetriebnahme-HMI, das direkt mit der Maschine oder dem Anlagenteil verbunden ist und relevante Live-Daten darstellt. Ein solches HMI ist in Bild 2 dargestellt. 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, also alle Listeneinträge abgehakt, wird diese Liste als Prüfprotokoll exportiert und mit der digitalen Unterschrift des Arbeiters signiert und verschlüsselt an den Auftraggeber übermittelt. Dies spart Zeit, beseitigt das Papierchaos und schafft Vertrauen zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber.

Use Case 2: 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 dieses Teils führte. Die Ursache von Fehlerzuständen kann mittels lokaler HMI meist 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. Eine solche App zeigt Bild 3. Die Diagnose-App wurde speziell dafür entworfen, dass das Wartungspersonal oder Schichtleiter sich schnell ein Bild vom Gesamtzustand einer Fertigungsstraße verschaffen können. Hierfür werden relevante Daten aus mehreren Maschinen aggregiert und anschaulich aufbereitet. In Bild 3 fallen sofort zwei Alarme an der Maschine 'Machine 1' auf. Weiterhin fällt sofort auf, dass die Maschine 'Machine 2' ausgeschaltet oder in einem undefinierten Zustand ist. Dieser Zusammenhang kann auf einem Blick erfasst werden.

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Revolution oder Evolution?

Smart Mobile Devices sind Produkte, die für den Consumer-Markt entworfen wurden und dort seit vielen Jahren einen unaufhörlichen Siegeszug mit exponentiellem und scheinbar unerschöpflichem Wachstum 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 ideale Ergänzung bestehender und lokal verbauter HMI. Mobile HMI 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 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 also bereits in der Hosentasche die unmittelbare Umgebung und wird zielgerichtet die relevanten Daten und Informationen besorgen, bei Bedarf ist es dann sofort einsatzbereit und zeigt die Informationen, die Sie dann benötigen. 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 Use 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 bzw. 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 'Revolution' erkennbar. Denn die Smart Mobile Devices können unterschiedlicher nicht sein: Es gibt viele Gerätetypen (Tablet, Phablet, Smartphone) mit unterschiedlichen Bildschirmabmessungen und verschiedenen Betriebssystemen (iOS, Android, Windows Phone etc.), 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, also Apps für Smart Mobile Devices, sind insbesondere zwei Aspekte maßgeblich: 1. Die App muss für den jeweiligen Anwendungsfall speziell konzipiert und realisiert werden, um einen Mehrwert für den Nutzer bzw. das Unternehmen zu erzielen. 2. Die App muss für die mobile Bedienung gestaltet werden. Es reicht also nicht, bestehende HMI mittels Remote-Desktop-Verbindung auf das Tablet zu beamen; damit entsteht kein Mehrwert - im Gegenteil, der kleinere Tablet-Bildschirm erhöht das Risiko von Fehlbedienungen. Zusätzlich zu diesen beiden Punkten stellen darüber hinaus die oben diskutierten spezifischen Anforderungen der Smart Mobile Devices wie verschiedene mobile Betriebssysteme, Bildschirmabmessungen etc. Ingenieure und Entwickler vor enorme Herausforderungen. Denn zumeist sind sie mit Mehrfachentwicklungen gleicher Entwürfe konfrontiert: Die Diagnose-App aus Use Case 2 wurde für das iPad anforderungskonform als native App konzipiert und realisiert. Nun werden beim Kunden auch Android-Geräte eingesetzt, was normalerweise eine vollständige Neuimplementierung nötig machen würde.

Movisa von Monkey Works ist ein neuartiges 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. Damit ist Movisa ein Programmierfachmann, Plattformexperte und HMI-Design-Berater in einer Person. Das Vorgehen mit Movisa 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. Also: Die Revolution hat begonnen, die Zukunft kann kommen.

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