07.05.2014

KHS: neues HMI auf Basis von zenon

Ergonomisch, standardisiert und intuitiv

Moderne Human Machine Interfaces stellen die effiziente Erledigung von Arbeitsabläufen, ein attraktives, visuelles Design und ein optimiertes Nutzungserlebnis in den Mittelpunkt der Mensch-Maschine-Interaktion. KHS, einer der Weltmarktführer in der Abfüll- und Verpackungsindustrie, hat auf Basis der HMI/Scada-Software zenon eine neue Lösung für die Bedienung und Steuerung von Linien und Maschinen in der Getränkeindustrie entwickelt, die bereits vielfach prämiert wurde.

Autor: Markus Parotat, Ing. Punzenberger Copa-Data GmbH.


Bild 1: KHS ist ein führender Anbieter von Maschinen und Anlagen für die Abfüllung und Verpackung in der Getränkeindustrie.
Bild: KHS GmbH

Als eines der international führenden Unternehmen mit ca. 4.400 Mitarbeitern und Vertretungen in über 60 Ländern, entwickelt und produziert KHS Maschinen und Anlagen für die Abfüllung und Verpackung in der Getränkeindustrie. Egal, ob in Glas- oder PET-Flaschen, Dosen, Kegs oder Pouches abgefüllt werden soll, KHS bietet mit 145 Jahren Erfahrung in der Branche für Produkte wie Bier, Wasser, Softdrinks, Spirituosen oder Wein sicher die passende Lösung. Da die Getränkeherstellung, -abfüllung und -verpackung aus einer Vielzahl hochkomplexer Prozesse besteht, gewinnt die benutzerfreundliche und intuitive Anlagenbedienung und -steuerung eine immer größere Bedeutung. Um diese Prozesse für die Anwender so einfach wie möglich zu gestalten, hat KHS sich dazu entschieden, eine einheitliche, transparente und standardisierte Lösung einzuführen, das neue ClearLine-HMI.

Entwicklung nach dem Prozess des 'Human Centered Designs'

Zusammen mit dem Fraunhofer IAO entwickelte KHS ein Konzept für ein neues HMI, das den Bedürfnissen und Anforderungen von Menschen mit unterschiedlicher Qualifikation entgegenkommt. Ziel war es, Funktionalität und ästhetische Wirkung zu vereinen und durch leichte Erlernbarkeit und Effizienzsteigerungen in der täglichen Arbeit positive Nutzungserlebnisse zu schaffen. Hierbei haben die Projektpartner die unterschiedlichen Benutzergruppen mit ihrem jeweiligen Arbeitskontext an einer Linie oder Maschine genau untersucht. Eine weitere Aufgabenstellung bei der Entwicklung des neuen HMI-Konzepts war, eine Standardisierung über verschiedene Maschinentypen und somit die gesamte Linie hinweg zu schaffen. Dabei wurden auch arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse, wie z.B. das 'Gesetz der Nähe', also die Anordnung der Tasten im nahen direkten Umfeld der aktuellen Position beachtet. Auf Basis von internationalen Nutzertests und in enger Rücksprache mit den KHS-Entwicklern wurden dann die Informationsarchitektur, sowie die Navigations- und Orientierungsmechanismen definiert. "Unser Ziel war es, unseren Kunden eine einheitliche und möglichst standardisierte Plattform anzubieten, die sich durch höchste Benutzerfreundlichkeit auszeichnet. Wir wollten sicherstellen, dass die Mitarbeiter unserer Kunden auch ohne aufwändige Einarbeitung verschiedene Maschinen in einer Linie bedienen können - in der jeweils gewünschten Landessprache. Der Faktor der Wiedererkennbarkeit ist für effizientes und produktives Arbeiten sehr bedeutend", erklärt Dr.-Ing. Peter Stelter, Executive Vice President Technology Management bei der KHS GmbH.

User Interface Design mit zenon

Neben dem neuen Konzept für das ClearLine-HMI haben KHS und das Fraunhofer IAO auch die Leistungsstärke und den Funktionsumfang verschiedener HMI/Scada-Lösungen untersucht. Nach sorgfältiger Evaluierung entschied sich KHS, zenon von Copa-Data für die Umsetzung des neuen ClearLine-HMI zu nutzen. "Die HMI/Scada-Plattform zenon bietet genau den Leistungsumfang, den wir für unsere Maschinen und Linien benötigen. Die Software verfügt über ausgefeilte grafische Darstellungsmöglichkeiten und zahlreiche HMI-Elemente bereits im Standardumfang. Dazu kommen umfassende weitere Funktionen für die Benutzerverwaltung und Zugriffsrechte, die Rezept- und Sortenverwaltung sowie das Protokoll- und Alarmmanagement", erklärt Thomas Hermann, Softwareentwickler im Technology Management bei der KHS GmbH. "Zudem bietet zenon die Möglichkeit, Schnittstellen zu anderen Systemen zu schaffen. Diese flexible Erweiterbarkeit ist für uns - auch langfristig betrachtet - von hoher Bedeutung."

Standardisierte und benutzerfreundliche Bedienoberfläche

Der Fokus einer modernen HMI-Gestaltung liegt auf der Interaktion der verschiedenen Benutzer mit dem System, einer optimalen Unterstützung der Produktionsüberwachung über die gesamte Linie hinweg sowie der einfachen und schnellen Fehlerbehebung. Neue Funktionen, Visualisierungsformen und Interaktionsmöglichkeiten unterstützen die Steuerung und Kontrolle einer Produktionslinie. Die klare und einheitliche Strukturierung der Inhalte und Funktionen steigert die Sicherheit und die Effizienz der Bedienung zusätzlich und lenkt den Blick des Nutzers stets auf die wesentlichen Elemente. Dank der Verwendung und Gestaltung von immer gleichen Bedien- und Anzeigeelementen können sich Nutzer sehr schnell und intuitiv zurechtfinden. Zusammengehörende Bedienelemente sind übersichtlich gruppiert und von anderen Elementen abgegrenzt. Zudem sind viele davon mit Symbolen gekennzeichnet, beispielsweise für Löschen, Filtern, Zurücksetzen, Speichern etc. In den sogenannten Ausgabefeldern werden Informationen dargestellt, beispielsweise aktuelle Ist-Werte. Der gezielte Einsatz von Farben unterstützt die Orientierung und Überwachung und ermöglicht es, alle relevanten Informationen schnell zu erfassen. KHS wählte als Hintergrundfarbe Anthrazit, die in Verbindung mit Schrifttyp und -farbe eine sehr gute Lesbarkeit und Erkennbarkeit aller Bildschirmelemente in industriellen Umgebungen ermöglicht. Auch die weitere Farbvergabe ist durchdacht: So haben beispielsweise Servicebilder, Trenddarstellungen und Prozessbilder definierte Hintergrundfarben, die für ein schnelles Zurechtfinden und Bedienen sorgen. Das neue ClearLine-HMI von KHS setzt zudem anstelle von quasi-realistischen, räumlichen Darstellungen eher auf funktional-strukturelle Darstellungen. Dadurch entstehen, insbesondere für Überwachungsaufgaben, einfache und klar verständliche Visualisierungen.

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Durchdachter und strukturierter Aufbau

Die standardisierte Benutzeroberfläche für alle KHS-Maschinen besteht aus der Titelzeile mit Angaben zur Maschine und zum Benutzer, einer Statuszeile, der Navigation, einem Sichtenbereich, dem Menü und den Maschinenfunktionen. In der Navigation werden die Maschinen einer Linie mit Symbolen dargestellt, die die Funktionen wie Transportieren, Reinigen, Füllen, Etikettieren, Streckblasen, Verschließen etc. wiedergeben. Im Sichtenbereich werden detaillierte Informationen und Einstellmöglichkeiten für die gewählte Linie, Maschine oder Komponente angezeigt. Innerhalb einer Sicht stehen dann die verschiedenen Anzeige- und Bedienelemente für die Steuerung und Überwachung zur Verfügung. Für bestimmte Aufgaben werden den Bedienern zusätzliche, detaillierte Handlungsanweisungen angeboten, die als Erläuterung dienen und eine empfohlene Reihenfolge für die Arbeitsschritte wiedergeben. Mit den Maschinenfunktionen wird eine Maschine schließlich gesteuert. Auch hier werden die Funktionen jeweils als Button dargestellt. Im Hauptmenü kann der Bediener neben Sprachauswahl, Hilfe, Login etc. auch zwischen den verschiedenen Hauptfunktionen wie beispielsweise Produktion, Sortenverwaltung oder Inbetriebnahme wählen. Hier ist es auch möglich, Einstellungen und Anpassungen am HMI vorzunehmen.

Noch effizienter arbeiten

Die in das KHS ClearLine-HMI integrierte Favoritenverwaltung ist ein weiteres Highlight der Benutzeroberfläche. Bediener können ihre Favoriten individuell festlegen und somit noch schneller zu häufig genutzten Sichten, Funktionen und Informationen gelangen. Auch die Hilfefunktionen sind so ausgelegt, dass sich Mitarbeiter mit wenig Erfahrung und Einarbeitung neben reinen Hilfstexten auch anhand von Bildern orientieren können. Meldungen und Störungen einer Maschine oder einzelner Komponenten werden ebenfalls sehr übersichtlich in der Statuszeile angezeigt: Neben Erklärungen und Informationen zur Fehler- oder Störungsbehebung geben die farbigen Umrandungen Aufschluss darüber, mit welcher Priorität diese Meldung zu behandeln ist: Blau steht beispielsweise für 'Störung', Gelb für 'Warnung' und Weiß für 'Information'.

Rollenbasierende Zugriffs- steuerung mit RFID Ausweis

Ein wichtiger Bestandteil des durchdachten Usability-Konzepts ist auch die Zugriffssteuerung. KHS nutzt dafür die in zenon integrierte Benutzerverwaltung. Entgegen der klassischen, hierarchischen Nutzerzuordnung wird hier das Rollenmodell verwendet. Damit ist sichergestellt, dass Maschinenbediener oder Instandhalter genau die Funktionalitäten, Übersichten und Bilder erhalten, die für die Erfüllung ihrer jeweiligen Aufgabe notwendig sind. "Die in zenon integrierte Benutzerverwaltung liefert uns genau den Leistungsumfang, den wir benötigen, um unsere Sicherheitsstandards umzusetzen: unterschiedliche Nutzerprofile mit fein granularen Definitionsmöglichkeiten, die umfassende Nachverfolgung aller Aktivitäten via Audit-Trail sowie die Speicherung und Archivierung der Log-Dateien", erläutert Thomas Hermann von KHS. Die Anmeldeprozedur wurde durch ein RFID gestütztes Ausweissystem extrem vereinfacht. Durch einfaches Davorhalten des RFID-Ausweises, werden die Mitarbeiter genau gemäß ihrer zugewiesenen Rolle automatisch angemeldet.

Überwachung mit dem Smartphone

KHS nutzt zudem die Everywhere App by zenon, um Anwendern die Möglichkeit zu geben, auf ihrem Smartphone direkt und in Echtzeit die Daten aus ihrem HMI/Scada-System anzuzeigen. Die Authentifizierung erfolgt über die Benutzerverwaltung in zenon. Die Bediener der Abfüll- und Verpackungsanlagen sowie auch das Management, können sich so einen umfassenden Überblick über eine Linie, deren Einzelmaschinen und den jeweiligen Status verschaffen. Auf ihrem Smartphone finden Anwender die entsprechenden Icons der Maschinen. Im Detailbild stehen Informationen zum Maschinentyp, zur Betriebsart und zum Betriebsstatus zur Verfügung. Zudem können sie sich die Meldungstexte (Alarmmeldungen oder neutrale Mitteilungen), das aktuelle Programm (Produktion, Wartung, Reinigung etc.), die Getränkesorten sowie weitere Parameter anzeigen lassen. "Mobile Endgeräte für die Überwachung und Bedienung in industriellen Umgebungen bieten ein erhebliches Potenzial, die Anwenderfreundlichkeit, Akzeptanz und letztlich auch die Produktivität in der Mensch-Maschine-Interaktion zu erhöhen. Dank der Integration der KHS-Everywhere App by zenon können wir unseren Kunden die richtigen Informationen zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung zu stellen", ergänzt Udo Fleischmann, Leiter Elektrotechnik im Zentralbereich Technology Management bei der KHS GmbH.

Vielfach prämiert: das ClearLine-HMI auf Basis von zenon

Für das neue Bedienkonzept und die innovative Benutzeroberfläche hat KHS bereits mehrere begehrte Auszeichnungen erhalten, unter anderem den 'red dot: best of the best', den 'iF product design award' sowie den 'iF gold award'. Auszeichnungen unabhängiger Institutionen sind das eine, wichtiger ist aber das sehr positive Feedback, das KHS aus dem Markt erhält. Zu den ersten Unternehmen, die das innovative ClearLine-HMI nutzen, zählt unter anderen eine große Brauereigruppe in Deutschland. Aber auch international ist das System bereits mehrfach mit großem Erfolg im Einsatz.

Zitat KHS

"Die Motivation unserer Kunden ist es, Produktionslinien in der Abfüllung und Verpackung mit möglichst wenig Ressourcenaufwand und einem möglichst hohen Automatisierungsgrad zu betreiben. Mit unserem neuen ClearLine-HMI auf Basis von zenon kann mit geringem Personalaufwand eine ganze Linie sehr einfach und effizient betrieben und überwacht werden. Eine transparente, ergonomische Lösung für die Bedienung der KHS Maschinen und Anlagen verschafft unseren Kunden einen unverzichtbaren Wettbewerbsvorteil."

Dr.-Ing. Peter Stelter, Executive Vice President, Technology Management, KHS GmbH

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