Gastbeitrag in Kooperation mit Eaton : Wie digitale Bedienkonzepte die Produktion verändern

Die Industrie 4.0 und Smart Factories verändern das Bild der industriellen Produktion. Fertigungsanlagen werden immer vernetzter und moderne Bearbeitungszentren vereinen verschiedene Verfahren die automatisch verschiedene Arbeitsschritte ableisten ohne dass ein menschlicher Arbeiter dazwischen eingreifen muss. Allerdings hat sich dadurch auch die Komplexität der Bedienung wesentlich erhöht. Simple Bedienungen sind komplexen Interaktionen gewichen und die heutige Steuerung erfordert viel Hintergrundwissen und lange Einarbeitungszeiten, was das Risiko von Fehlbedienungen erhöht. Daher muss in vernetzten Produktionsumgebungen auch die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine an die modernen Herausforderungen angepasst werden, um eine intuitive Bedienung zu gewährleisten.

Klassische Bedienansätze von Werkzeugmaschinen verwenden oft Menüs mit funktionsorientierter Anordnung. Den immer komplexeren Anforderungen der heutigen Zeit wird das aber oft nicht gerecht. So befinden sich manche Funktionen, die ein Bediener nacheinander benötigt, oft auf verschiedenen Menübereichen. Dies bedeutet, dass der Mitarbeiter zwischen verschiedenen Bereichen seiner Bedientafel wechseln muss. Das kostet nicht nur Zeit, sondern erhöht auch die Anfälligkeit für Fehler.

Zur Lösung dieses Problems haben sich Hersteller an Heimgeräten orientiert. Dort sind intuitiv zu bedienende Touchscreens schon lange Standard. Das macht sie auch für die Produktion so interessant, denn nahezu jeder hat sie schon einmal bedient. Die Maschinensteuerung erfolgt bei HMI/PLCs (Human Machine Interface/ Programmable Logic Controller) mit Touchpanel über Buttons, genau wie beim Smartphone. In Kombination mit einem I/O-System (Ein-/ Ausgabe) lassen sich so auch komplexe Aufgaben einfach durchführen. Das können etwa Diagnose- und Wartungsprogramme sein, aber auch das Anfahren, Einrichten und Rüsten der Maschinen sowie die Inbetriebnahme.

Bei HMI/ PLCs handelt es sich um Komplettsysteme die ein berührungsempfindliches Display mit Steuerungsfunktionen kombinieren. Für geringere Anforderungen genügen kompakte HMI/PLC-Systeme mit resistiven Screens. Resistiv heißt, dass die Displays auf Druck reagieren, wobei es egal ist mit was dieser Druck ausgeübt wird. Allerdings kann nur ein Punkt des Bildschirms angewählt werden. Um beispielsweise zu zoomen, wie man es vom Smartphone kennt, wird hingegen Multi-Touch-Technologie benötigt, die mehrere Berührpunkte auf dem Bildschirm erkennt. Das lässt sich mit kapazitiven Displays realisieren, die anstatt auf Druck auf elektrische Leitfähigkeit reagieren. Sie unterstützen damit eine präzisere Steuerung und lassen sich in Multimedia-Systeme einbinden. Projected Capacitive Touch Panels, wie sie heute in fast jedem Handy oder Tablet stecken, lassen sich zudem mit einer stabilen Schutzschicht überziehen. Im Prinzip wie man es von Smartphone-Schutzfolien kennt. Widerstandsfähigere Materialien erlauben auch den Einsatz in verschmutzungsintensiven Industrieumgebungen.

Wenn man Maschinen mit Touchscreens ausstattet, liegt es nahe auch Tablets und Smartphones oder sogar -watches im Betrieb zu nutzen. Für diese Smart Devices ergeben sich unterschiedliche Einsatzszenarien. Tablets eignen sich mit ihrer Größe besonders für Prozessüberwachung und Visualisierung von Fertigungsaufträgen. Allgemein sind Tablets dann zu empfehlen, wenn viele Informationen übermittelt werden müssen und der Mitarbeiter beide Hände frei hat um sein Gerät sicher zu bedienen. Smartphones eignen sich für mittlere Informationsdichten, wenn etwa nur einzelne Parameter übermittelt werden müssen. Dafür sind sie natürlich auch handlicher. Smartwatches können nur hochverdichtete Informationen übermitteln, wie etwa Warn- und Störungsmeldungen. Daher kommen sie nur für einen kleineren Nutzerkreis in Betracht. Zum Beispiel könnte der Leiter einer Instandhaltungsabteilung darüber Störungsmeldungen aller Maschinen in Echtzeit erhalten. Außerdem müssten Smartwatches je nach Einsatzzweck an die Umgebung angepasst werden. Heutige Modelle würden bei täglichem Einsatz in einer Fabrikhalle nicht lange durchhalten. Hier gibt es also noch Entwicklungsbedarf.

Die Integration der verschiedenen Smart Devices in bestehende Arbeitsabläufe hält einige Herausforderungen bereit. Nicht nur die Bildschirmgrößen sind verschieden, sondern auch die Betriebssysteme sowie die verwendeten Sensoren. Das macht es kompliziert, einheitliche HMIs für diese Geräte zu entwickeln. Auf der anderen Seite bieten Smart Devices aber auch einige Vorteile. Dazu zählen einheitliche Schnittstellen und ein durchgehendes Sicherheitskonzept. Sie sind sehr flexibel und lassen sich für verschiedene Anwendungen einsetzen.

Man kann davon ausgehen, dass in der Zukunft weitere Technologien aus dem Consumer-Bereich in der industriellen Produktion Einzug halten werden. Augmented Reality ist heute schon im Gaming-Sektor verbreitet. Wie beispielsweise bei Pokémon GO, werden dabei virtuelle Inhalte in eine Abbildung der Realität projiziert. Anstatt kleine Monster können das auch Anleitungen, Bilder oder Videos sein, die Techniker bei ihrer Arbeit unterstützen. Mit einer Augmented-Reality-Brille haben diese dabei immer beide Hände frei. Eine solche Brille kann aber auch das Sichtfeld des Technikers an einen externen Experten übermitteln, der dann helfend eingreifen kann. Das erspart lange Anfahrtszeiten, da eigene Service-Mitarbeiter mehr Arbeiten selbst durchführen können.

Andere Bedienkonzepte wirken noch wie Science-Fiction, etwa berührungslose Gestensteuerung. In PKW der Oberklasse wird diese Methode aber bereits eingesetzt. Dazu müssen Nutzer ein Display gar nicht mehr berühren. Gesten die in der Luft ausgeführt werden reichen um Funktionen auszulösen. In der Industrie könnte diese Technologie überall dort eingesetzt werden, wo Anwender Handschuhe oder andere Schutzkleidung tragen müssen. Sehr futuristisch mutet das Skin-Touch-Konzept an. Dabei soll über ein Armband ein „Display“ auf die Haut des Nutzers projiziert werden, darauf soll man dann wie auf einem Smartphone tippen können.

Trotz aller futuristischen Konzepte werden auch ganz klassische Drucktaster ihre Daseinsberechtigung behalten. Auch die Maschine der Zukunft wird einen altbekannten Not-Aus-Schalter haben. Dafür sorgt schon der Gesetzgeber. Mechanische Regler sind auch die bessere Wahl, wenn sehr schlechte Lichtverhältnisse für Displays herrschen oder die Bedienelemente dem Wetter ausgesetzt sind. Dennoch wird sich Wischen und Scrollen in modernen Fabriken ausbreiten und diese auf dem Weg zu echten Smart Factories unterstützen.