In einer zunehmend digitalisierten Welt steht die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) im Mittelpunkt unserer Interaktion mit Technologie. Es ist die Brücke zwischen Mensch und Maschine und umfasst die Gestaltung und Untersuchung von Schnittstellen, die intuitiv, benutzerfreundlich und effektiv für ein breites Aufgabenspektrum sind.
Vereinfacht ausgedrückt ist ein HMI eine Benutzeroberfläche, die es Menschen ermöglicht, mit Maschinen zu interagieren. HMIs bestehen typischerweise aus einem Anzeigegerät, beispielsweise einem Touchscreen oder Monitor, und Eingabegeräten, beispielsweise Drucktasten, Tastaturen und Joysticks. Das Anzeigegerät dient dazu, dem Benutzer Informationen über die Maschine oder Anlage anzuzeigen, wie z. B. deren Status, Betriebsparameter und etwaige Alarme. Die Eingabegeräte dienen der Steuerung der Maschine oder Anlage.
HMIs werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter Fertigung, Lebensmittel und Getränke, Energieerzeugung und Transport. In der Fertigung werden HMIs zur Steuerung von Produktionslinien, zur Überwachung der Produktqualität und zur Fehlerbehebung eingesetzt.
Aber wie funktioniert eine Mensch-Maschine-Schnittstelle und wie hat sie die uns bekannte Branche verändert? Lassen Sie es uns erklären.
Was ist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle?
Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) ist die Untersuchung und Gestaltung der Interaktion zwischen Menschen und Maschinen, wie Computern, Software und anderen Formen der Technologie. Dabei geht es darum, Benutzeroberflächen zu entwerfen, die intuitiv, benutzerfreundlich und effektiv sind, um bestimmte Aufgaben oder Ziele zu erreichen.
Human Machine Interface ist ein multidisziplinäres Gebiet, das auf Wissen und Techniken aus Psychologie, Informatik, Design und Ingenieurwesen zurückgreift, um benutzerfreundliche und effiziente Systeme zu schaffen. Das Ziel von HMI besteht darin, Technologie für Menschen mit unterschiedlichem Hintergrund, unterschiedlichen Fähigkeiten und Bedürfnissen zugänglich und nutzbar zu machen.
Der Bereich der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) hat seit seiner Einführung in den 1970er Jahren einen langen Weg zurückgelegt. Von den frühen Befehlszeilen bis zur modernen Spracherkennungstechnologie hat sich HMI im Laufe der Jahre erheblich weiterentwickelt.
Frühe Anfänge
Das Konzept der Mensch-Maschine-Schnittstelle lässt sich bis in die 1970er Jahre zurückverfolgen, als Computersysteme hauptsächlich von Experten und Fachleuten genutzt wurden. Die ersten HMI-Systeme basierten auf Befehlszeilen, bei denen Benutzer bestimmte Befehle eingeben mussten, um mit dem Computer zu interagieren. Diese Systeme waren nicht benutzerfreundlich und auf einige wenige beschränkt.
Grafische Benutzeroberflächen (GUIs)
Die Einführung von GUIs in den 1980er Jahren revolutionierte die HMI-Landschaft. GUIs verwenden visuelle Elemente wie Symbole, Fenster und Menüs, um mit dem Computer zu interagieren. Dadurch wurde die Informatik für ein breiteres Publikum zugänglicher, auch für technisch nicht versierte Benutzer. Die Einführung von GUIs führte auch zur Entwicklung der Maustechnologie, die das Benutzererlebnis weiter verbesserte.
Webbasierte Schnittstellen
Der Aufstieg des Internets in den 1990er Jahren führte zur Entwicklung webbasierter Schnittstellen. Mithilfe dieser Schnittstellen konnten Benutzer online auf Informationen zugreifen und Aufgaben ausführen, ohne dass ein physischer Computer erforderlich war. Dies stellte einen bedeutenden Wandel in der Art und Weise dar, wie Menschen mit Technologie interagierten, und ebnete den Weg für die modernen webbasierten Schnittstellen, die wir heute verwenden.
Spracherkennungstechnologie
Der neueste Trend bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle ist die Integration von Spracherkennungstechnologie. Mit dem Aufkommen virtueller Assistenten wie Siri, Alexa und Google Assistant können Benutzer nun mithilfe von Sprachbefehlen mit Technologie interagieren. Diese Technologie hat das Rechnen zugänglicher und bequemer gemacht, insbesondere für Menschen mit Behinderungen.
Derzeit gibt es einen wachsenden Trend zum Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) in der Mensch-Maschine-Schnittstelle. KI-gestützte Schnittstellen werden immer häufiger eingesetzt und sind in der Lage, zu lernen und sich an das Benutzerverhalten anzupassen. Diese Technologie hat das Potenzial, personalisiertere und intuitivere Benutzeroberflächen zu schaffen und das Rechnen für alle zugänglicher und angenehmer zu machen.
Wie funktioniert HMI?
Mensch-Maschine-Schnittstellen bestehen typischerweise aus einem Anzeigegerät wie einem Touchscreen oder Monitor und Eingabegeräten wie Drucktasten, Tastaturen und Joysticks. Das Anzeigegerät dient dazu, dem Bediener Informationen über die Maschine oder Anlage anzuzeigen, wie z. B. deren Status, Betriebsparameter und etwaige Alarme. Die Eingabegeräte dienen der Steuerung der Maschine oder Anlage.
HMIs sind typischerweise mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) verbunden. Eine SPS ist ein Computer, der zur Steuerung von Maschinen und Anlagen dient. Die SPS sammelt Daten von Sensoren und anderen Eingabegeräten und verwendet diese Daten dann zur Steuerung von Ausgängen wie Motoren, Ventilen und Aktoren.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kommuniziert über ein Kommunikationsnetzwerk mit der SPS. Dieses Netzwerk kann kabelgebunden oder drahtlos sein. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle sendet Befehle an die SPS und die SPS sendet Daten zurück an die HMI.
KI in der Fertigung: Die Zukunft von Industrie 4.0
Das zwischen der Mensch-Maschine-Schnittstelle und der SPS verwendete Kommunikationsprotokoll hängt von der jeweiligen HMI und SPS ab. Zu den gängigen Protokollen gehören Ethernet/IP, Modbus und Profibus.
Die Human-Machine-Interface-Software ist für die Darstellung der Informationen der SPS und die Verarbeitung der Benutzereingaben verantwortlich. Die HMI-Software umfasst in der Regel auch eine Reihe von Funktionen, die den Bediener unterstützen, wie z. B. Alarme, Trends und Datenprotokollierung.
Mensch-Maschine-Schnittstellen können mit einer Vielzahl von Softwarepaketen programmiert werden. Einige Human-Machine-Interface-Softwarepakete sind proprietär, während andere Open Source sind.
Beispiele für HMIs sind:
- Touchscreen-Panels
- Monitorbasierte HMIs
- Panel-PCsMobile HMIs
- Cloudbasierte HMIs
Touchscreen-Panels
Touchscreen-Panels sind die gebräuchlichste Art der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Sie bestehen typischerweise aus Glas oder Kunststoff und verfügen über einen Touchscreen, der dem Bediener die Interaktion mit dem HMI ermöglicht. Touchscreen-Panels sind in verschiedenen Größen erhältlich, von kleinen Panels, die in Ihrer Handfläche installiert werden können, bis hin zu großen Panels, die an einer Wand montiert werden können.
Touchscreen-Panels werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Bediener schnell und einfach mit der HMI interagieren muss. Beispielsweise werden Touchscreen-Panels häufig in Fertigungsanwendungen zur Steuerung von Maschinen und Produktionslinien eingesetzt.
Monitorbasierte HMIs
Monitorbasierte Mensch-Maschine-Schnittstellen ähneln Touchscreen-Panels, verwenden jedoch einen Monitor anstelle eines Touchscreens. Monitorbasierte HMIs werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Bediener viele Informationen gleichzeitig sehen muss. Monitorbasierte HMIs werden beispielsweise häufig in Energieerzeugungsanlagen eingesetzt, um den Status von Generatoren und anderen Geräten zu überwachen.
Panel-PCs
Panel-PCs sind eine Kombination aus Monitor und Computer. Sie werden typischerweise in einem Schaltschrank montiert und dienen der Steuerung von Maschinen und Anlagen. Panel-PCs sind in verschiedenen Größen und Konfigurationen erhältlich.
Panel-PCs werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen die Mensch-Maschine-Schnittstelle in der Lage sein muss, komplexe Aufgaben auszuführen, wie beispielsweise die Ausführung von Datenprotokollierungs- und Analysesoftware.
Beispielsweise werden Panel-PCs häufig in Lebensmittel- und Getränkefabriken zur Steuerung von Fertigungsprozessen eingesetzt.
Mobile HMIs
Mobile Human Machine Interfaces sind HMIs, die auf mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets genutzt werden können. Mobile HMIs werden typischerweise dort eingesetzt, wo der Bediener Maschinen und Anlagen von überall aus überwachen und steuern muss.
Beispielsweise werden mobile HMIs häufig in Transportanwendungen eingesetzt, um den Status von Fahrzeugen zu überwachen und zu steuern.
Cloudbasierte HMIs
Cloudbasierte Human Machine Interfaces sind HMIs, die in der Cloud gehostet werden. Dies bedeutet, dass von überall mit einer Internetverbindung auf das HMI zugegriffen werden kann. Cloudbasierte HMIs werden typischerweise dort eingesetzt, wo der Bediener Maschinen und Anlagen von mehreren Standorten aus überwachen und steuern muss.
Cloudbasierte HMIs werden beispielsweise häufig in Einzelhandelsanwendungen eingesetzt, um den Status von Geschäften zu überwachen und zu steuern.
Ein Grundstein für Industriesysteme
Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) spielen in industriellen Steuerungssystemen eine entscheidende Rolle. Sie bieten Bedienern die Möglichkeit, Maschinen und Prozesse zu überwachen und zu steuern sowie Probleme zu beheben.
Wie bereits erwähnt, sind HMIs typischerweise mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) verbunden. SPS sind Computer, die zur Steuerung von Maschinen und Prozessen eingesetzt werden. HMIs kommunizieren über ein Kommunikationsnetzwerk mit SPSen. Dieses Netzwerk kann kabelgebunden oder drahtlos sein.
HMIs verfügen typischerweise über ein Anzeigegerät, beispielsweise einen Touchscreen oder Monitor, und Eingabegeräte, beispielsweise Drucktasten, Tastaturen und Joysticks. Das Anzeigegerät dient dazu, dem Bediener Informationen über die Maschine oder Anlage anzuzeigen, wie z. B. deren Status, Betriebsparameter und etwaige Alarme. Die Eingabegeräte dienen der Steuerung der Maschine oder Anlage.
HMIs werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter Fertigung, Lebensmittel und Getränke, Energieerzeugung und Transport.
Einige konkrete Beispiele für den Einsatz von HMIs in der Industrie sind:
- In einer Produktionsanlage kann ein HMI zur Steuerung einer Produktionslinie verwendet werden. Das HMI kann zum Starten und Stoppen der Produktionslinie, zum Anpassen der Geschwindigkeit der Produktionslinie und zum Überwachen der Qualität der hergestellten Produkte verwendet werden
- In einer Energieerzeugungsanlage kann ein HMI zur Überwachung und Steuerung des Status von Generatoren und anderen Geräten verwendet werden. Das HMI kann zum Starten und Stoppen von Generatoren, zum Anpassen der Generatorleistung und zum Überwachen der Leistung von Generatoren verwendet werden
- In einem Transportsystem kann ein HMI zur Überwachung und Steuerung des Status von Fahrzeugen verwendet werden. Das HMI kann verwendet werden, um den Standort von Fahrzeugen zu verfolgen, den Zustand von Fahrzeugen zu überwachen und den Betrieb von Fahrzeugen zu steuern
HMIs spielen eine wichtige Rolle in industriellen Steuerungssystemen, indem sie Bedienern die Möglichkeit bieten, Maschinen und Prozesse zu überwachen und zu steuern sowie Probleme zu beheben. HMIs können dazu beitragen, Produktivität, Qualitätskontrolle, Sicherheit und Wartung zu verbessern.
HMI vs. SADA
Human Machine Interface (HMI) und Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) sind beides Systeme, die zur Überwachung und Steuerung industrieller Prozesse eingesetzt werden. Es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede zwischen den beiden Systemen.
Der Hauptunterschied zwischen HMI und SCADA besteht darin, dass HMI zur Überwachung und Steuerung einzelner Maschinen und Anlagen dient, während SCADA zur Überwachung und Steuerung großer und komplexer Industrieprozesse dient.
Ein weiterer Unterschied zwischen HMI und SCADA besteht darin, dass HMI typischerweise von Bedienern verwendet wird, die sich in der Nähe der Maschinen oder Systeme befinden, die sie steuern, während SCADA von Bedienern verwendet werden kann, die sich entfernt von den Maschinen oder Systemen befinden, die sie steuern.
Schließlich sind HMI-Systeme typischerweise kleiner und einfacher als SCADA-Systeme. HMI-Systeme werden typischerweise für Einzelbenutzeranwendungen verwendet, während SCADA-Systeme typischerweise für Mehrbenutzeranwendungen verwendet werden.
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