07.05.2014

Die HMI-Revolution aus der Hosentasche

Herr Müller hat einen gut laufenden Handwerksbetrieb für Heizungs- und Umwelttechnik. Von ihm installierte Anlagen laufen einwandfrei. Kein Kunde muss sich mit komplizierter Technik herumschlagen: Die Geräte zeigen nur die Informationen und Funktionen an, die für den Betrieb erforderlich sind. Und was macht Herr Müller, wenn er die Anlage konfigurieren oder warten muss? Er zieht einen feuerzeuggroßen Stick aus der Tasche und steckt diesen an der Vorderseite der Steuerung ein und startet sein Tablet. Schon hat Herr Müller Zugang zu allen Einstellwerten, Diagnosedaten und Meldungslisten, auch wenn er sich in der Anlage bewegt.

Autor: Dipl.-Ing. Andreas Beu, User Interface Design GmbH.


Bild 1: Arbeitsprinzip des Smart HMI Stick
Bild: UID User Interface Design GmbH

Grafisch ansprechend aufbereitet und einfach mit Fingertipp zu bedienen, so wie er es kennt und erwartet. Er kann alle Funktionen unmittelbar auslösen, gerade so, als ob er einen Hardware-Schalter bedient. Wenn er Unterstützung benötigt, ruft er einen Experten bei seinem Lieferanten an. Die Kommunikation ist einfach, denn der Experte sieht die gleichen Informationen wie Herr Müller. Diese werden verschlüsselt über das Internet übertragen. Wenn Herr Müller fertig ist, zieht er den Stick ab und hat dann alle Infos gespeichert, die er für seine Dokumentation und Abrechnung benötigt. Diese Vision verfolgt der Smart HMI Stick. "Das Geheimnis steckt im Stick", verrät Martin Kingdon vom Schweizer Design- und Fertigungsspezialisten Escatec, die die Hardware gestalteten. "Dieser ist ein smartes Stück Technik, denn auf minimalem Raum beinhaltet er einen Linux-Rechner mit ARM-Prozessor und WLAN-Hotspot. Die HMI wird auf dem Linux-Rechner erzeugt und per Funktechnik an Smart Devices wie Tablets oder Smartphones übertragen. Dabei kann der Nutzer ein beliebiges Gerät verwenden, egal ob mit dem Apple-Betriebssystem iOS, Google Android oder Microsoft Win-dows."

HTML5: eine HMI-Entwicklung - alle Plattformen

Cross-Plattform-Lösung nennt man das, denn die HMI ist eine waschechte Web-App, die auf dem neuen HTML5-Standard basiert, welcher vom W3C 2014 offiziell verabschiedet werden soll. Sie läuft auf jedem Endgerät, welches einen WLAN-Zugang und einen HTML5-fähigen Web-Browser besitzt - so wie alle modernen Smart Devices. Auf dem Smart HMI Stick ist ein Web-Server installiert, der die HTML- und CSS-Daten, welche die HMI beschreiben, dem Web-Client auf dem Smart Device zur Verfügung stellt. Doch ein Web-Server allein überträgt die Prozesswerte und Funktionen des Embedded-Geräts noch nicht. Die wichtigste Software-Komponente ist daher das HMI-Visualisierungssystem der Firma Smart HMI GmbH, welches ebenfalls auf dem Stick installiert ist. Ein Bestandteil des Systems ist der Smart HMI connect, der Prozessdaten-Gateway, welcher die Schnittstelle zwischen dem Embedded Device und Web-Client herstellt. Das Besondere an der Smart-HMI-Lösung ist, dass die Übertragung der Prozessdaten bi-direktional und unabhängig vom im Web üblicherweise verwendeten http-Protokoll erfolgt, bzw. den dort implementierten Push- und Pull-Methoden zum Datentransfer. Auf diese Art und Weise ist die Übertragung der Prozessdaten konkurrenzlos schnell. Smart-HMI-Geschäftsführer Egbert Gunia: "Die Wirkung ist verblüffend. Die Antwortzeiten sind trotz Funkübertragung und Einsatz von Web-Technologien einzigartig. Der Nutzer hat das Gefühl, als ob er die Bedienung direkt am Embedded-Gerät vornimmt."

Interaktions- und Designelemente für Best-in-Class-HMIs

Die Wirkung wird noch verstärkt von der aufgeräumten und attraktiven Anmutung der HMI. Konzept und visuelle Gestaltung stammt vom Usability- und Design-Dienstleister User Interface Design GmbH (UID). "Wir haben einerseits die Anforderungen der mobilen Endgeräte berücksichtigt, andererseits sind die speziellen Bedürfnisse verschiedener Nutzergruppen, beispielsweise aus Industrie, Handwerk oder Medizintechnik, in die Gestaltung eingeflossen", erklärt Franz Koller, Geschäftsführer bei UID. "Gemeinsam mit Smart HMI haben wir diese Erfahrungen in einer Bibliothek mit Interaktions- und Designelementen umgesetzt, den Smart HMI visuals. Auf der Grundlage der HTML5-Technologie stellen wir nun ein Framework bereit, welches die Realisierung von HMIs in hervorragender Designqualität und Usability ermöglicht - Multitouch-Interaktion inklusive. Wir sprechen von 'Best in Class HMIs'."

Auslagerung spart Kosten und steigert die Attraktivität

"Das sind die Zutaten zum Smart HMI Stick: die Hardware von Escatec, die Software von Smart HMI und das Design von UID", erläutert Gunia, und nennt eine Reihe von Vorteilen: "Mit Funktionalität alleine gewinnt man keine Kunden mehr. Heutzutage sind attraktive und intuitiv bedienbare HMIs eine wichtige Visitenkarte. Für Hersteller von Embedded-Geräten ist dies aber eine Gratwanderung. Wie viel Aufwand investiere ich in eine HMI, insbesondere wenn das Gerät die meiste Zeit 'im Verborgenen' arbeitet? Farbdisplays und Touchscreens kosten Geld und benötigen zusätzliche Rechenpower. Da ist es sinnvoller, für die HMI-Darstellung Smartphones oder Tablets zu verwenden, die viele Nutzer heutzutage ohnehin besitzen. Der Smart HMI Stick liefert hierfür die Schnittstelle und die notwendige Software."

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Schlüssel für den Zugang zu kritischen Funktionen

Aber warum ein Stick? "Hinter der Entscheidung, die WLAN-Schnittstelle und HMI auf einem Stick zu übertragen, stecken mehrere Überlegungen", antwortet Kingdon. "Eine davon betrifft das Thema Sicherheit. Der Smart HMI Stick ist wie ein Schlüssel zu verstehen. Nur wenn der Schlüssel, also der Stick, eingesteckt ist, haben autorisierte Personen Zugang zu den kritischen Funktionen des Geräts, wie Konfiguration und Diagnose. Ist der Stick abgezogen, ist auch der WLAN-Zugang zum Gerät - und damit eine potentielle Sicherheitslücke - weg." "Außerdem ist es sinnvoll, zwischen lokaler Bedienung am Gerät und mobiler Bedienung über Smart Devices zu unterscheiden", ergänzt Usability-Experte Koller. "Am Gerät sollten Eingabeelemente und Anzeigen angebracht sein, die für den normalen Betrieb erforderlich sind. Das sind in der Regel nur sehr wenige: ein Ein-/Ausschalter, eine Siebensegment-Anzeige zur Darstellung des wichtigsten Prozesswertes, eine LED, die den Status signalisiert. Diese sind für die große Gruppe der Endnutzer wichtig. Ein Großteil der Funktionalität eines Embedded-Geräts sind aber Spezialfunktionen und Einstellwerte, die nur Fachleute, wie Service-Techniker oder Administratoren, betreffen. Diese deutlich kleinere Nutzergruppe bekommt den Smart HMI Stick und damit den Schlüssel zur HMI-Anzeige auf den Smart Devices."

Individuelle Lösung sofort verfügbar

Und ab wann ist der Smart HMI Stick lieferbar? "Auf der Embedded World 2014 haben wir eine Designstudie vorgestellt, die die Idee für den Besucher spürbar gemacht hat", so Gunia. "Wir können aber für interessierte Unternehmen sofort eine individuelle Lösung entwickeln und produzieren. Neben dem Branding des Sticks und der HMI sind weitreichende funktionelle Anpassungen möglich, sowohl in der Hardware wie auch in der Software. Der Kunde bekommt die Lösung dann komplett und aus einer Hand. Zudem entwickeln wir eine generische Standard-Version des Smart HMI Stick."

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