KEM Konstruktion: In Zeiten der Digitalisierung nimmt die Komplexität von Werkzeugmaschinen stetig zu. Intuitive Bedienkonzepte wie sie bei Smartphones oder Tablets üblich sind, sollen die Mensch-Maschine-Interaktion vereinfachen. Welche Bedienkonzepte kommen heute bereits in der Praxis bei Werkzeugmaschinen zum Einsatz?
Frank Saueressig (Beckhoff Automation): Die Hardware, die Multitouch- und Gesteneingaben ermöglicht, ist de facto Standard. Deutlich wird dies angesichts eines Anteils von über 80 % Multitouch-Geräte an den verkauften Beckhoff-Control-Panels. Dies ist ein sehr hoher Anteil einer relativ jungen Technologie, vor allem in Anbetracht der weiter uneingeschränkten Verfügbarkeit der Vorgänger-Produkte mit Singletouch-Sensoren. Unsere Multitouch-Control-Panels sind also vielfach im Einsatz, allerdings nicht nur wegen der möglichen Gestenbedienung, sondern auch wegen des gelungenen Designs, eines attraktiven Preises und der Möglichkeit, die Bediengeräte auf den Kundenwunsch hin anzupassen. Diese Anpassungen nutzen viele Maschinenbauer, um ein ganzheitliches HMI-Konzept für Hard- und Software umzusetzen. Das hilft auch dabei, die Komplexität der Bedienung zu verringern. Dies trifft vor allem dann zu, wenn ein einheitliches HMI-Konzept für unterschiedliche Maschinen eingesetzt werden kann und der Bediener auf diese Weise an jedem Interface auf eine vertraute Umgebung trifft.
Schließlich bietet Beckhoff mit Produkten wie dem Twincat IoT Communicator in Verbindung mit aktuellen Datenbrillen für Augmented Reality die Möglichkeit, den Blick des Bedieners auf die Maschine um zusätzliche Informationen zu ergänzen. Mit Twincat Speech kann zudem die Sprache genutzt werden, um akustisch eine direkte Interaktion mit der Maschine einzugehen.
Hansjörg Sannwald (Bosch Rexroth): Aus unserer Sicht werden sich Multitouch-Panels künftig flächendeckend durchsetzen. Sprachsteuerungen, die sich gerade im privaten Bereich etablieren, könnten einer der nächsten Schritte sein.
Sascha Jenderny (Fraunhofer IOSB-INA): Im industriellen Umfeld sind insbesondere die Bedienkonzepte Augmented Reality und Gestensteuerung von primärer Bedeutung. So nutzt die sich bereits im Einsatz befindliche Assistenzplattform XTEND beispielsweise die Anzeige digitaler Informationen per Projektion, Tablet oder Datenbrille im unmittelbaren Arbeitsumfeld. Durch Gestensteuerung können zudem Arbeitsschritte überprüft (z.B. Bauteilentnahme) oder neue Interaktionsformen („digitale Buttons“) geschaffen werden.
Jürgen Siefert (Schneider Electric): Schneider Electric bietet heute schon Multi-Touch HMI für alle Maschinentypen an. Multi-Touch wird im Bereich der Maschinenbedienung gerade zum Standard. Unsere Kunden können bei uns Multi-Touch-Panel mit der dazugehörigen Software erwerben. Der Maschinenbediener profitiert dabei von der intuitiven Nutzung, die er bereits von seinem Tablet gewöhnt ist, und zahlreichen Komfortfunktionen. So kann er beispielsweise mit den bekannten Gesten in die Maschine reinzoomen. Mit unserem EcoStruxure Augmented Operator Advisor bieten wir eine AR-Lösung zur Unterstützung von Maschinenbedienern und Servicepersonal. Der Clou: Die App, lauffähig auf iPad und Android-Geräten, muss nicht mehr programmiert werden, sondern lässt sich nach kurzer Einweisung einfach konfigurieren. Spracherkennung und Gestensteuerung sind bei Schneider Electric noch kein Thema. Sie eignen sich unserer Meinung nach auch nur begrenzt für industrielle Anwendungen. Die Gestenerkennung ist heute schon recht gut, müsste aber noch ausgereifter sein, um einen zuverlässigen Produktionsablauf zu gewährleisten. Bei der Spracherkennung/-eingabe wird es noch komplizierter. Im industriellen Umfeld herrscht ein mitunter extremer Geräuschpegel. Dadurch ergeben sich Fragen in puncto Sicherheit: Wie lässt sich sicherstellen, dass ausschließlich die Stimme des Maschinenbedieners erkannt wird? Wie werden fremde Stimmen und Hintergrundgeräusche interpretiert? etc.
Dr. Michael Kaever (Siemens Business Unit Motion Control): Multitouch-Bedienpanels mit Gestensteuerung, die Informationen aus Kameras und CAD-Systemen einbinden, sind state-of-the-art. Wearables haben es in ersten Pilotanwendungen an die Werkzeugmaschine geschafft: Im BMBF-Projekt MaxiMMI entwickelte Applikationen zur Maschinenstatusanzeige auf einer Smartwatch und zum mobilen Werkzeughandling mittels Tablet haben Maschinenhersteller und Anwender überzeugt. AR, transparente Displays und Voice User Interfaces befinden sich noch im Forschungsstadium.
KEM Konstruktion: Welchen Mehrwert bieten etwa intelligente Maschinenfenster (etwa das BMBF-geförderte iWindow), die Augmented und Mixed Reality nutzen, bei der Bedienung von Werkzeugmaschinen?
Fabio Innocenti (Beckhoff Automation): In Studien konnte Beckhoff zeigen, inwieweit Datenbrillen den Einsatz von Servicetechnikern erleichtern, wenn diese bei der Arbeit direkt an der Maschine auf sämtliche verfügbaren Daten aus dem Kontext der Maschine zugreifen können. Dabei kann es sich um statische Datenblätter und Komponenteninformationen wie auch um aktuelle Prozessdaten handeln. Müssen Teile ausgetauscht werden, können diese eingeblendet und so einfacher lokalisiert werden. Auch außerhalb der Maschine lässt sich Augmented Reality nutzen, zum Beispiel um die Erweiterung einer Maschinenhalle um neue Anlagen zu planen.
Jenderny (Fraunhofer IOSB-INA): Die Nutzung von AR kann sowohl die Effizienz der Arbeit als auch den Komfort durch kognitive Entlastung der Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen erhöhen. Die Anzeige digitaler Informationen im direkten Sichtfeld der Arbeiter und Arbeiterinnen fördert zudem eine fokussierte Arbeitsweise, in welcher Fehler durch potentielle Datenbrüche verhindert werden können. Die digitale Darstellung der Arbeitsinhalte ermöglicht des Weiteren eine erhöhte Flexbilität im Fall sich ändernder Anforderungen an die Instandhaltung der Maschinen.
Siefert (Schneider Electric): Mit EcoStruxure Machine Advisor und AR/VR können maschinenspezifische Inhalte wie Dokumentationen, How-To-Videos, Arbeitsanweisungen usw. genau dann bereitgestellt werden, wenn sie benötigt werden. Mit Hilfe der AR-App unseres Augmented Operator Advisors lassen sich Schaltschrank, Maschine oder Anlage mit aktuellen Daten und Objekten – in Form von sogenannten Point of Interest – überlagert auf dem Tablet darstellen. Dabei können auch einzelnen Wartungs- und Arbeitsschritte angezeigt werden. Dies erleichtert dem Anwender das Handling im Servicefall, reduziert das Fehlerpotenzial und erhöht die Maschinenverfügbarkeit.
Kaever (Siemens Business Unit Motion Control): Insbesondere für Digital Natives wird der Arbeitsplatz attraktiver. Die Maschinenbediener profitieren, da direkt an der benötigten Stelle dargestellte Informationen Laufwege oder Blickwechsel verringern. Usability-Untersuchungen der 2D-Lösung aus MaxiMMI zeigen, dass die Bedienung intuitiver und weniger fehleranfällig wird. Die 3D-Lösung iWindow erscheint noch intuitiver, funktioniert aber nur für das Auge, dessen Position getrackt wird. Zur breiten Nutzung sind die Systeme momentan noch zu teuer.
KEM Konstruktion: Multitouch-fähige Bedienkonzepte ermöglichen die nahtlose Integration etwa von Smartphones oder Tablet-PCs in Maschinen. Welche Vorteile haben Anwender davon?
Saueressig (Beckhoff Automation): Der Vorteil eines HMI, das auch auf Smartphones genutzt werden kann, liegt vor allem in der weiten Verbreitung dieser Hardware. Das HMI wandert damit in die Hosentasche der meisten Applikateure, Bediener und Servicetechniker, die auch von Zuhause aus oder unterwegs auf Maschineninformationen zugreifen können. Es kann wie eine „nette Spielerei“ wirken, wenn man sich den aktuellen Output des Maschinenparks auch unterwegs ansehen kann. Maschinendaten auf dem Smartphone sorgen jedoch für echte Mehrwerte, wenn der Techniker im Fehlerfall direkt auf Diagnosedaten zugreifen und so schneller und effektiver Hilfe leisten kann. An der Maschine angekommen, nutzt er das HMI nicht nur an einem stationärem Control Panel, sondern an jedem Punkt innerhalb und außerhalb der Maschine. Zwar sind bei vielen Maschinenbauern Mitarbeiter mit einheitlichen Smartphones ausgestattet, jedoch muss dies bereits auf den Bediener vor Ort nicht mehr zutreffen. Eine skalierbare, „responsive“ agierende und browserbasierte Oberfläche wie Twincat HMI ermöglicht die Darstellung auf jeglichen Control Panels und mobilen Endgeräten, unabhängig von Hersteller, Betriebssystem oder Displaydiagonale.
Sannwald (Bosch Rexroth): Mit Multitouch-Panels können Anwender beispielsweise die Oberflächen individualisieren. Je nach Berechtigung sehen die Bediener nur die Funktionen, die sie nutzen und auch bearbeiten sollen. Die Integration mobiler Endgeräte in solche Konzepte ist ein logischer Schritt. Maschinenbediener und Instandhalter können damit beispielsweise Diagnoseinformationen unabhängig vom Standort abrufen. Die Steuerung von realen Bewegungen in der Maschine über mobile Endgeräte wird erst in einem nächsten Schritt folgen. Hier müssen schon allein aufgrund der Maschinensicherheit zuerst bestimmte Hardware-Funktionen erfüllt werden. In diesem Zusammenhang bietet Bosch Rexroth beispielsweise einen Funktionsrahmen für handelsübliche Tablet-PCs mit integriertem Not-Aus-Knopf und Zustimmtaster.
Jenderny (Fraunhofer IOSB-INA): Die Einbindung mobiler Endgeräte ermöglicht Formen der Assistenz, welche nicht an stationäre Arbeitsplätze gebunden sind, wie etwa die Wartung größerer Geräte/Anlagen oder vor-Ort-Einsätze beim Kunden. Durch einen „bring-your-own-device“ Ansatz können auf Arbeitgeberseite initiale Kosten gespart werden, indem bereits vorhandene Geräte in das System eingebunden werden. Zudem sind Anwender und Anwenderinnen bereits mit den Geräten vertraut und haben somit weniger „Berührungsängste“ mit der Technologie.
Siefert (Schneider Electric): Mit EcoStruxure Scada Expert sind wir beispielsweise in der Lage, ausgewählte Servicefunktionen und Informationen vom fest installierten HMI-Gerät auf ein mobiles Gerät zu übertragen, beispielsweise auf das Tablet. Dadurch ist der Bediener oder Servicetechniker in der Lage, sich frei im Raum zu bewegen und beispielsweise auch hinter einer Maschine relevante Informationen im Servicefall oder bei Einrichtarbeiten stets zur Hand zu haben.
Kaever (Siemens Business Unit Motion Control): Webbasierte Bedienlösungen bieten eine mobile Verfügbarkeit der Informationen und Interaktionen und damit ortsunabhängiges Arbeiten, zum Beispiel Vorbereiten oder Beobachten aus dem Büro. Probleme während der Maschinenbedienung, etwa technische Störungen oder Fehler im CAD, können über die Cloud direkt an die Servicetechniker oder Konstrukteure gemeldet, beim CAD zum Beispiel direkt korrigiert und an den Maschinenbediener zurück gespielt werden. Dies verbessert die Qualität und beschleunigt die Prozesse.
KEM Konstruktion: Bei der Entwicklung neuer Bedienkonzepte nutzen Automatisierungsunternehmen und Forschungsinstitute Erfahrungen aus der Spielebranche im Produktiveinsatz – Stichwort Gamification. Wie beurteilen Sie diese Entwicklung und experimentiert Ihr Unternehmen gegebenenfalls in diesem Umfeld?
Innocenti (Beckhoff Automation): Tatsächlich nutzen wir bei Messeapplikationen punktuell Gamification, um komplexe Technologien schneller zu vermitteln und erlebbarer zu machen. Um diesen Aspekt auch in der Produktion umzusetzen, kann das bereits erwähnte Twincat HMI angewendet werden. Mit Webtechnologien wie HTML5 und JavaScript können Gaming-Algorithmen übernommen und einfach implementiert werden. Mit der offenen PC-basierten Steuerungstechnik von Beckhoff sind dem Anwender hier keine Grenzen gesetzt.
Sannwald (Bosch Rexroth): Visualisierungen aus der Spielewelt sind oft Vorreiter für die Bedienung von Smartphones. Was sich dort durchsetzt, strahlt in der Regel auf weitere Technologien ab. Bosch Rexroth beobachtet solche Trends sehr genau und nutzt seine Anwendungserfahrung bei der Entwicklung von Bedienoberflächen. Das reicht von virtuellen Reglern über Fortschrittsbalken bis hin zu integrierten Videos als Anleitung für bestimmte Aufgaben.
Jenderny (Fraunhofer IOSB-INA): In unserer Entwicklung sind hier insbesondere die technologischen Möglichkeiten der Gesteninteraktion (z.B. Infrarotkameras) der Spieleindustrie interessant, welche ursprünglich für Spielekonsolen entwickelt wurden. Auch hinsichtlich der Funktionalität der Assistenzfunktionen können Motivationsansätze der Gamification etwa in der Aus- und Weiterbildung (z.B. durch Belohnungen bei richtiger Bauteilentnahme oder zeitlicher Verbesserung im Montageprozess) an Assistenzsystemen eingesetzt werden.
Siefert (Schneider Electric): Diese Entwicklung ist sehr interessant. Wir erarbeiten heute bereits interne Trainings auf Basis von VR und entwickeln diese Technologie für Anwendungsfälle in der industriellen Praxis weiter.
Kaever (Siemens Business Unit Motion Control): Spieletechnologien sind in Form von Physics-Engines schon seit einigen Jahren in unser Produkt Mechatronics Concept Designer eingeflossen. Gamification setzt häufig auf soziales Ranking, das gemäß Studien nicht zu mehr Arbeitszufriedenheit des Bedieners führt. Hingegen tragen Feedback über den Beitrag zu übergeordneten Zielen sowie Anerkennung und Wertschätzung zu einer höheren Arbeitsmotivation und -zufriedenheit bei. Anregungen aus der Spielebranche sind hier sicherlich sinnvoll.
Details zum BMBF-Projekt MaxiMMI:
hier.pro/htwtx
„Mit Webtechnologien wie HTML5 und JavaScript können Gaming-Algorithmen übernommen und einfach implementiert werden.“
Fabio Innocenti, Produktmanagement Industrie-PC, Beckhoff AutomationBild: Beckhoff
„Die Einbindung mobiler Endgeräte ermöglicht Formen der Assistenz, welche nicht an stationäre Arbeitsplätze gebunden sind.“
Sascha Jenderny, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fraunhofer IOSB-INABild: Fraunhofer IOSB-INA
„Multitouch-Bedienpanels mit Gestensteuerung, die Informationen aus Kameras und CAD-Systemen einbinden, sind state-of-the-art.“
Dr. Michael Kaever, Leiter Technology Management der Siemens Business Unit Motion ControlBild: Siemens
„Die Integration mobiler Endgeräte in Bedien-Konzepte ist ein logischer Schritt. Maschinenbediener und Instandhalter können damit beispielsweise Diagnoseinformationen unabhängig vom Standort abrufen.“
Hansjörg Sannwald, Leiter Markt- und Produktmanagement CNC-Systeme, Bosch RexrothBild: Bosch Rexroth
„Der Vorteil eines HMI, das auf Smartphones genutzt werden kann, liegt vor allem in der weiten Verbreitung dieser Hardware.“
Frank Saueressig, Produktmanager CNC, Beckhoff AutomationBild: Beckhoff
„Wir erarbeiten heute bereits interne Trainings auf Basis von VR und entwickeln diese Technologie für Anwendungsfälle in der industriellen Praxis weiter.“
Jürgen Siefert, Vice President Industry DACH, Schneider ElectricBild: Schneider Electric
