Wandel in der Produktion – Neue Anforderungen an HMI?

Der Fakt ist nicht neu: Mitarbeitende sind die wichtigste Ressource und Wissensträger im Unternehmen. Die gilt auch und besonders für Mitarbeitende in der Produktion, die für uns vom IWU besonders im Fokus stehen. Die “Zusammenarbeit” von Mensch und Maschine ist hier Alltag. Um diesen zu vereinfachen, muss die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine so gestaltet werden, dass Mitarbeitende Maschinen effizient einsetzen und digitale Services nutzen können. Dabei ist es oberstes Gebot, dass die Maschine stets sicher und schonend betrieben wird. Hier kommen Human-Maschine-Interfaces, kurz HMI, ins Spiel. Ihre Aufgabe ist es, Arbeit zu vereinfachen, Prozess-Know-How ansprechend zu visualisieren und Mitarbeitende (wieder) zu begeistern – Stichwort: Motivation durch Verständnis. Außerdem können HMIs helfen, Fehler zu vermeiden und sichern ein schnelleres Einarbeiten in Prozesse. Darüber berichteten Arvid Hellmich und Sebastian Lorenz auf der Veranstaltung „Wandel in der Produktion – zukünftige Anforderungen an Maschinen und deren Bedienung“ am 02.05.2022 bei der Werkzeugmaschinenfabrik Glauchau GmbH.

Implikationen für HMI-Gestaltung festlegen

HMI Systeme bilden in der Regel den Produktionsprozess und die konkrete Maschine mit ihren Komponenten ab und ermöglichen den Bedienprozess. Dabei gibt oft die Maschine den Informations- und Funktionsumfang vor. Das HMI hat die Aufgabe, maschinen-technische Prozesse in einen Bedien-Workflow zu übersetzen und so die Bedienung zu ermöglichen. Dazu clustert ein “gutes” HMI die Bedienseiten und passt sich den Bedienschritten der Mitarbeitenden an. Die State-Of-The-Art Anforderungen an HMI fasste Arvid Hellmich in seinem Vortrag zusammen als:

• intuitiv, sicher, transparent, unterstüzend in der Bedienung
• eindeutig und priorisierend in den Bedienfunktionen und der Abschätzbarkeit der Konsequenz
• intelligent und vernetzt durch erweiterte Funktionen und Assistenzsysteme
• zukunftsweisend durch die Möglichkeit der Weiterbildung am Arbeitsplatz

Mit Hilfe dieser Anforderungen sollen die Gestaltung und Umsetzung von HMI-Systemen der Zukunft neu gedacht werden. Dahinter verbergen sich prinzipielle Überlegungen wie, “Was ist der Funktionsumfang der Maschine?” vs. “Was will der Bedienende machen?” oder “One Size Fits All” vs. “Optimierung für bestimmte Workflows”. Die Entscheidung für den richtigen Weg muss in jedem Fall im Team aus Maschinenhersteller, Anwender und Automatisierer getroffen werden, wobei Unternehmen und Forschungseinrichtungen des Technischen Designs wertvolle Unterstützung bieten. Mitarbeitenden hilft ein intuitives HMI-System, die Zusammenhänge zwischen seiner Eingabe, Maschinenparametern und Produktionsprozessen transparent sichtbar zu machen. Zudem können HMIs Prozess-Know-How kapseln und helfen dem aktuellen Fachkräftemangel zu begegnen. Dafür werden Informationen gebündelt und für den Mitarbeitenden verständlich “übersetzt”.

User Workflow Analysen liefern das Wissen, welche Informationen und Funktionen wann in welchem Zusammenhang von wem gebraucht werden. Digitale Mensch-Maschinen-Schnittstellen können immer mehr bei der Übersetzung helfen!

Absprungbasis für Umsetzung HMI

Die technische Absprungbasis für uns als Fraunhofer IWU wird in unserem Credo: Steuerungen parametrieren statt programmieren, deutlich. Als Ziel sehen wir den notwendigen Paradigmenwechsel in der Automation: weg von fixen Prozessabläufen, hin zu objektorientierter modularer und fähigkeitsbasierter Steuerung. Dafür notwendig sind:

• objektorientierte Programmierung von Funktionsmodulen
• Bereitstellung der Funktionen über parametrierbare Fähigkeiten
• Orchestrierung der Fähigkeiten und Parameter mit einem leistungsfähigen HMI

Die Professur Technisches Design der TU Dresden fokussiert die nutzerorientierte Produktentwicklung. Dafür ist weiterhin die Grundlagenforschung für Zusammenhänge zwischen Interfacegestaltung und Leistungsfähigkeit eines HMI notwendig. Außerdem müssen User-Workflows modelliert und Nutzeranforderungen und -bedürfnisse erhoben werden.

Anwendung & Ausblick

Die Zusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer IWU, der Professur für Technisches Design und unserem Partner IP Coswig resultierte in einem HMI für den Robo Operator®. Über das Projekt und die Zusammenarbeit berichtete unser Kollege Johannes Abicht hier auf unserem Blog – Lesen Sie hier gerne mehr dazu. Im Rahmen des Projekts wurde der Bediener-Workflow zur Einrichtung einer angelernten Werkzeugmaschine entworfen. Außerdem sind Zieldesign und Grundstruktur so angelegt, dass eine hohe Usability während der Einrichtung sichergestellt ist. Dazu gehörte auch das Design des Betriebsbildschirms und die Erweiterung bereits bestehender grafischer Benutzeroberflächen (GUI). Den Robo Operator sehen Sie hier in Aktion.

All diese Aspekte wurden von Arvid Hellmich und Sebastian Lorenz auf der Veranstaltung „Wandel in der Produktion” vorgestellt und im Plenum diskutiert. Die Organisation erfolgte durch das Netzwerk von Automobilzulieferer Sachsen und der Innovationsverbund Maschinenbau Sachsen. Der Impulsvortrag fand vor “voller Hütte” statt. Ein tolles Gefühl, “mal wieder unter Leute zu kommen und fachlich zu diskutieren” sagt Arvid Hellmich nach der Veranstaltung. Für Ihre Rückfragen steht er Ihnen gerne per Mail: arvid.hellmich@iwu.fraunhofer.de zur Verfügung oder Sie verlinken sich mit ihm auf LinkedIn. Sebastian Lorenz erreichen sie unter sebastian.lorenz3@tu-dresden.de oder ebenfalls auf LinkedIn.

Headerbild: IP Coswig