Eine Ode an die HMI:
„Es ist ein technisches Meisterstück.
Für eine Edge-to-Cloud-Kommunikation über 200 Protokolle.
Mit genug Leistungsstärke, um Echtzeit-Analysen zu verwalten.
Zur Nutzung mit oder ohne Display, mit Handschuhen in den widrigsten oder saubersten Umgebungen.
Eine Leistung schneller, als Sie HMI sagen können.
Eine Definition für den positiven Zusammenhang zwischen Ästhetik und Nutzbarkeit.
Alles in allem Ihr neuer Zugang zur Digitalisierung.“
Dieser Artikel umfasst folgende Themen:
- Die Entwicklung von HMIs und warum diese Entwicklung notwendig ist
- Die Rolle, die Edge-Computing bei der Weiterentwicklung der heutigen HMIs spielt
- Wie zukünftige HMIs in der Fertigung eingesetzt werden und welche Vorteile sie bieten
Frühe Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) wurden entwickelt, um Menschen bei der Steuerung von Maschinen durch einfache Knöpfe wie den Ein- und Ausschalter zu unterstützen. Mit der Einführung von Edge-Computing, Cloud-Computing und automatisierten Systemen in Industrieanlagen entstand ein Bedarf an anpassungsfähigen HMIs, die eine fortschrittlichere Mensch-Computer-Kommunikation und Steuerung in der Fertigung ermöglichen. Da die Industrie 4.0 und die automatisierten Systeme, die sie ermöglicht, immer komplexer werden, erfordert die Beziehung zwischen Mensch und Maschine dynamische Lösungen, um die Zusammenarbeit und interaktive Aktivitäten zu erleichtern.
Der Bedarf an dynamischen Mensch-Maschine-Schnittstellen
In den 80er Jahren wurden Mensch-Maschine-Schnittstellen entwickelt, um den Bedienern den Übergang von der direkten Steuerung der Maschinen zu einer stärkeren Aufsichtsfunktion über die Betriebsanlagen zu erleichtern. Der erwähnte Wandel kam mit Fortschritten in der Anlagentechnik und der Notwendigkeit, industrielle Prozesse durch Automatisierung zu optimieren.
Ab 2011 wurde die Industrie 4.0 eingeführt, die miteinander verbundene cyber-physikalische Systeme definiert. Die Unterbrechung, die mit den miteinander verbundenen Anlagen einherging, führte zur gemeinsamen Nutzung von Daten durch mehrere Maschinen und Geräte im Fertigungsbereich, wobei ein zentralisiertes Computersystem eine Rolle spielte. Das zentralisierte Computersystem bot genügend Kapazität für die Speicherung von Maschinendaten und die Handhabung von Rechenressourcen für die Datenanalyse.
Das vernetzte cyber-physikalische System bedeutete auch, dass die Zeiten, in denen Menschen mit Hilfe von HMIs einfache Maschinendaten von eigenständigen Geräten lesen konnten, zu Ende waren. An die Stelle dieser Ära trat ein neues Zeitalter, in dem vom Menschen erwartet wird, dass er sowohl mit eigenständigen Geräten als auch mit den miteinander verbundenen Geräten innerhalb eines Systems kommuniziert. HMIs müssen also in der Lage sein, die aus einem vernetzten System erfassten Daten in Formaten bereitzustellen, die der Mensch versteht.
Die Notwendigkeit der Interoperabilität, durch die verwertbare Informationen von und zu den Geräten übertragen werden können, erfordert die Unterstützung von HMIs, die in der Lage sind, bestimmte Computeraktivitäten zu bewältigen. Beispiele hierfür sind die Aggregation von Betriebsdaten und die Datenverarbeitung, während sie gleichzeitig als Freundschaftsknoten dienen, der Datenpakete an einzelne Geräte innerhalb eines zusammengeschalteten Netzwerks übertragen kann.
Von der HMI der Zukunft wird erwartet, dass sie ein Edge-Computing-Gerät mit der Fähigkeit ist, Daten an der Edge zu verarbeiten und gleichzeitig komplexe Maschinendaten in einer für Menschen verständlichen Sprache darzustellen. Die HMI-Hardware muss auch in schwierigen industriellen Umgebungen wie in der Fertigungsindustrie optimal funktionieren können. Die vielfältigen Funktionen, die von der nächsten Generation von HMIs erwartet werden, werden zu der Entwicklung von einer Aufsichtsfunktion über einzelne Maschinen hin zu Fernüberwachungs-, Sicherheits- und Managementlösungen für miteinander verbundene cyber-physikalische Systeme führen.
Edge-Computing und Ihre nächste HMI
Die miteinander verbundenen cyber-physikalischen Systeme, die die Industrie 4.0 definieren, bestehen ebenfalls aus IoT- und Edge-Geräten, deren Einbeziehung die Dezentralisierung von Datenverarbeitungsaufgaben von einem zentralen Standort aus erleichtern wird. Der zentrale Standort könnte in diesem Fall entweder die Cloud oder eine vor Ort installierte Computerplattform sein.
Die dezentralisierte Datenverarbeitung, welche die Edge mit sich bringt, gewährleistet unabhängige Aktivitäten von Geräten und Ausrüstungen im Fertigungsbereich, die den Schlüssel zum Freigeben der Industrie 4.0 enthalten. Edge-Computing bietet auch die erforderliche Unterstützung, um eine echtzeitnahe Automatisierung für Industrie 4.0-Anwendungen zu erreichen. Ein Beispiel ist der in intelligenten Anlagen eingesetzte Materialhandhabungsroboter. Derartige Roboter dienen als Edge-Geräte, weil sie mit genügend Rechenressourcen ausgestattet sind, um bei der Navigation durch die Fertigung Entscheidungen in Echtzeit zu treffen.
Im obigen Beispiel verwenden die Roboter nur die Daten, die sie für ein optimales Funktionieren benötigen, während sie andere vermeintlich irrelevante Datensätze entweder verwerfen oder an die Cloud schicken. Von den heutigen HMIs wird erwartet, dass sie den dezentralen Vorlagen der Edge-Geräte mit einer zusätzlichen Funktion folgen. Im Gegensatz zum Roboter ist die HMI auch in Echtzeit mit dem Menschen verbunden, um sicherzustellen, dass der Bediener die laufenden Vorgänge innerhalb eines Netzwerks von Geräten oder Maschinen versteht. Die Vorlage für die nächste HMI ist also ein dezentralisiertes Edge-Gerät, das Informationen an Menschen überträgt, um die Nutzbarkeit und Kontrolle über bestimmte Industrie 4.0-Anwender-FÄLLE sicherzustellen.
Der dezentralisierte Charakter von Computer-HMIs wird Cloud Computing auch zur Bewältigung komplexerer Aufgaben befähigen. HMIs werden in der Lage sein die Kommunikation zwischen Edge und Cloud nebeneinander zu stellen, was Industrie 4.0-Implementierungen vereinfachen und Echtzeit-Datenanalysen in den Fertigungsbereich liefern wird
Anwendungsfälle für Edge-Computing-HMIs
Es wird erwartet, dass die Fertigungsindustrie am meisten von Edge Computing profitieren wird, und dies gilt auch für dynamische HMIs mit Rechenkapazitäten. Es wird erwartet, dass die nächste Generation von HMIs der Schlüssel zur Implementierung von Industrie 4.0-Geschäftsmodellen sein wird. Hier einige Beispiele:
- Maschinenfernüberwachung für Altgeräte- Die Erfassung von Maschinendaten mit industriellen Cloud-Lösungen wurde durch IoT-Plattformen, drahtlose Verbindungen und kabelgebundene Verbindungen für Altgeräte ermöglicht. Eine solche Entwicklung ermöglicht die Fernüberwachung von Maschinen für Projektmanager, Ingenieure und Vorgesetzte über Schnittstellen oder Dashboards auf Computern.
HMIs bringen eine neue Perspektive für die Fernüberwachung von Maschinen und die Interoperabilität, da die Erkenntnisse aus der Datenanalyse, die in der Cloud stattfindet, in Echtzeit direkt an HMIs gesendet werden können. Die Erkenntnisse aus der Ferndatenanalyse können dann von den Mitarbeitern in der Produktion angewendet werden.
Schlussfolgerung
High-Compute-, Edge-Geräte oder HMIs sind das letzte Teil des Puzzles, das die vollständige Implementierung der Vorteile der Industrie 4.0 ermöglicht. Technologische Fortschritte bedeuten, dass die nächste HMI mehr tun wird, als Ihnen nur ein Mittel zur Steuerung der Fertigungsanlagen an die Hand zu geben. HMIs werden im Hinblick auf die Industrie 4.0-Modelle, auf die sie angewendet werden können, langlebig und dynamisch sein, so dass sie zu einem integralen Bestandteil jedes intelligenten Fertigungs- oder Industrieprozesses werden.
