Interaktive Prozesskontrolle durch HMIs

Der Begriff \’Prozess\‘ stammt vom lateinischen Wort \’procedere\‘ (voranschreiten) und bedeutet Vorgang oder Ablauf. Lange Zeit war dieser Begriff mit der kirchlichen Rechtsprechung assoziiert und nicht wie heute mit den Naturwissenschaften. Das statische Weltbild zu jener Zeit ließ Gedanken wie Veränderung oder gar Entwicklung nicht zu. Mit dem Auftrieb der Naturwissenschaften im 19. Jahrhundert näherte sich die Bedeutung des Wortes \’Prozess\‘ der heutigen an. Einen wesentlichen Beitrag dazu leistete die Chemie. In diesem Fachgebiet wurden in jener Zeit verstärkt Umwandlungsprozesse von Substanzen untersucht. Bald durchdrang der veränderte Prozess-Begriff weitere Naturwissenschaften und brachte das neue Gedankengut Entwicklung oder Veränderung versus Statik in die Fachdiskussionen ein. Auch in andere Bereiche wie der Philosophie oder der Sprachwissenschaft floss die Idee des Wandels und der Veränderung ein. Prozess in Wissenschaft und Technik Im Laufe der Zeit und mit zunehmender Industrialisierung gewannen Wirt­schaft und Technik stetig an Bedeutung, u.a. der Gesichtspunkt der Normierung. Abläufe in der Produktion wurden mehr und mehr standardisiert, um qualitativ einheitliche und außerdem zahlreichere Ergebnisse zu erzielen. Die Spezialisierung der am Prozess Beteiligten auf einen bestimmten Teilbereich innerhalb des Gesamtablaufs ist eine zwangsläufige Begleiterscheinung dieser Entwicklung. Drei Faktoren sind für einen Prozess maßgeblich: die notwendigen Voraussetzungen, die Veränderung eines Ausgangszustandes und die Zeit, in der die jeweilige Veränderung stattfindet. Ein Beispiel hierfür ist das Brotbacken: Voraussetzungen sind ein entsprechender Teig und eine gewisse Umgebungstemperatur; dieser Teig verändert sich innerhalb einer gewissen Zeit so, dass ein Brot daraus wird. Um den jeweiligen Prozess zu optimieren, ist die Möglichkeit des Eingreifens und Veränderns notwendig. Auf das Beispiel des Brotbackens übertragen: Für eine knusprige Krus­te ist in den ersten Minuten der Backzeit eine höhere Temperatur notwendig als für die restliche Dauer. Deshalb greift eine Instanz von außen in diesen Prozess ein – sie senkt die Temperatur. Das kann manuell oder automatisiert geschehen. Solch einfache Vorgänge werden in der Industrie zu komplexeren Abläufen zusammengefasst. Je umfangreicher und vielschichtiger sich ein Prozess gestaltet, umso zahlreicher werden auch die Fehlerquellen. Diese sollten im Ernstfall möglichst schnell lokalisiert und behoben werden. Sinnvolles Eingreifen erfordert an dieser Stelle Durchsichtigkeit und Klarheit des Prozesses. Auf das Beispiel des Brotbackens angewendet: Wenn das Brot schwarz aus dem Ofen kommt, war die Temperatur zu hoch und hat den Teig verbrannt. Das hätte eine Temperaturkontrolle verhindern können. Den Prozess visualisieren Eine verbreitete Möglichkeit, den Ablauf sichtbar zu machen, ist die Prozessvisualisierung, also die grafische Darstellung von Abläufen auf einer Benutzerschnittstelle. Hinter der sichtbaren Präsentation verbergen sich Prüfsysteme, z.B. unter Verwendung von Sensoren zur Temperaturmessung. Die jeweilige Darstellung ist dynamisch. Das bedeutet, dass stets die aktuell gemessenen oder berechneten Werte angezeigt werden. Die Benutzerschnittstelle ermöglicht die Kommunikation und Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Über diese Schnittstelle erfolgt der Dialog zwischen beiden Seiten, der z.B. durch Tastendruck eine Aktion auslösen kann. Um noch einmal das Beispiel des Brotbackens heranzuziehen: Der professionelle Ofen im Backshop zeigt im Display aktuelle Daten zum Backvorgang an. Über eine Bedienoberfläche kann der zuständige Mitarbeiter in den Backprozess eingreifen, z.B. die Temperatur regulieren. Durch das HMI ist festgelegt, auf welche Art und Weise der Dialog zwischen Mensch und Maschine erfolgt. Anweisungen übermittelt der Mensch über ein Eingabemedium, z.B. Tastatur, Knopf oder Touchpanel, an die Maschine, die wiederum Informationen zum aktuellen Status des jeweiligen Prozesses anzeigt. Die Kommunikation zwischen beiden Seiten kann nicht nur über einen visuellen Weg erfolgen, sondern auch über Sprachein- und -ausgabe. Eine weitere Möglichkeit des Dialogs ist das Braille-Terminal für visuell eingeschränkte Mitmenschen. Für Ausgaben werden dabei kleine Stifte angehoben oder abgesenkt und mit den Fingerspitzen vom Benutzer abgetastet. Benutzerschnittstellen HMIs können Bestandteil eines technischen Geräts oder ein separates System sein. Als Einzelsystem sind HMIs direkt in den Monitor integriert und steuern komplexe Abläufe. Der Bildschirm ist häufig ein Touchscreen, über den das Eingreifen in den jeweiligen Prozess durch Druck auf die taktil-sensitive Fläche erfolgt. Das Aussehen der Benutzerschnittstellen kann stark variieren, beispielsweise als Handy, Computer, Fahrkartenautomat oder als Teil eines Heißluftofens. Durch ihre mannigfaltigen Erscheinungsformen sind Benutzerschnittstellen in den unterschiedlichsten Bereichen einsetzbar. In der Industrie sind häufig Touchpanels mit integriertem Embedded System anzutreffen. Die Frontseite benötigt in anspruchsvollen Umgebungen wie der Produktion oder Medizin eine hohe Schutzklasse. HMIs des Herstellers Aplex bieten straubfreie und Strahlwasser geschützte Fronten an, auf Wunsch kann sogar die Rückseite mit der Schutzklasse IP65 geliefert werden. Lüfterlose HMIs sind in staubiger Umgebung wartungsfrei. Für den medizinischen Bereich werden sie wegen der hohen Hygieneanforderungen eingesetzt, da sie keinen Staub aufwirbeln. Der Hersteller Aplex kooperiert seit jüngster Zeit mit dem deutschen Distributor acceed. Der Vertriebspartner ist seit Jahrzehnten auf Industrieprodukte spezialisiert und arbeitet eng mit Herstellern aus Asien zusammen. Die Webseite bietet eine umfangreiche Produktdatenbank.