Entwicklung einer webbasierten HMI-Architektur mit workfloworientiertem und adaptivem Frontenddesign

In Kürze

Ziel des Projekts war die Entwicklung eines HMI-Systems, das eine neuartige, webbasierte HMI-Architektur beinhaltet und dessen innovatives Frontenddesign sich adaptiv auf demografische Anforderungen der Bedienenden anpassen lässt. Hierfür wurde eine mehrschichtige, webbasierte HMI-Architektur entwickelt, die Steuerungs- und Visualisierungslogik entkoppelt und das HMI portierbar, einfach anpassbar und kosteneffizienter macht. 

Im Detail

Die Bedeutung von benutzerfreundlichen Human-Machine Interfaces (HMI) von Maschinen und Anlagen nimmt stetig zu. Ein Human-Machine Interface (HMI) stellt die zentrale Schnittstelle zwischen dem Menschen und dem System (bspw. eine Maschine) dar. HMIs ermöglichen die Eingabe von Benutzerbefehlen, die Ausgabe von Systeminformationen und ist somit die Schnittstelle für die Interaktion zwischen den Nutzenden und der Maschine. Das HMI hat zudem einen entscheidenden Anteil an einer effektiven und effizienten Bedienung einer Maschine oder Anlage. Die Gestaltung von benutzerfreundlichen HMIs ist daher eine wichtige Aufgabe, bei der sowohl technische als auch psychologische Aspekte berücksichtigt werden müssen. Die Entwicklung eines HMIs erfordert daher Kenntnisse aus verschiedenen Bereichen, wie z.B. der Programmierung, des Grafikdesigns, der Ergonomie oder der Psychologie. Hierbei greifen viele Maschinenhersteller auf vordefinierte Entwicklungsumgebungen zurück, die ihnen Werkzeuge und vordefinierte Bibliotheken zur Verfügung stellen. Bestehende Entwicklungsumgebungen können zwar die HMI-Entwicklung unterstützen, sind aber kostenintensiv, in ihrem Funktionsumfang beschränkt und lassen sich meist recht schwer und unflexibel auf individuelle Anforderungen anpassen oder auf weitere Maschinen portieren.

Für die Gestaltung von nutzerfreundlichen Bediensystemen ist eine individuelle Anpassung an den Kunden bzw. an das Bedienpersonal jedoch entscheidend. Insbesondere spielen kulturelle Aspekte eine wichtige Rolle, um die subjektive Zufriedenheit von Anwendenden hinsichtlich einer guten Bedienweise zu gewährleisten. Das Bedienkonzept einer Maschine oder Anlage sollte daher so gestaltet werden, dass die Bedienenden bestmöglich durch die Aufgabe geführt werden und fehlerfrei arbeiten können. 

Ziel des gemeinsamen Forschungsprojekts mit der Firma BREITNER Abfüllanlagen GmbH war es deshalb, ein neues webbasiertes HMI-System (Backend und Frontend) ganzheitlich zu entwickeln. Im Projekt wurden neben der webbasierten HMI-Architektur auch das Bedienkonzept, kulturelle Anpassungen sowie die grafische Ausgestaltung der Bedienoberfläche umgesetzt. Nach einer umfangreichen Anforderungs- und Taskanalyse wurde das neue aufgabenbasierte Bedienkonzept entwickelt. Durch das aufgabenbasierte Bedienkonzept sollen die einzelnen Aufgaben an der Maschine im Fokus stehen und den Nutzenden durch vordefinierte Workflows bei der Tätigkeit unterstützen. Aufbauend auf das Bedienkonzept wurde die Entwicklung des adaptiven und kulturabhängigen Bediensystem umgesetzt. Hierfür wurden frei verfügbare Webframeworks analysiert und ein für den Anwendungsfall passendes Framework ausgewählt und implementiert. Eine teilautomatisierte Erhebung von kulturabhängigen Parametern ermöglicht eine durchgängige Änderung von grafischen Elementen des Bediensystems und sorgt dafür, dass auf kulturelle Unterschiede bei der Gestaltung der Bedienoberfläche eingegangen werden kann. Durch die Verwendung von Open-Source Frameworks bei der Entwicklung des Frontends können Kosten reduziert werden. Zum einen entfallen Lizenzkosten für Entwicklungsumgebungen und zum anderen kann durch die Herstellerunabhängigkeit bei der Hardware auf günstigere Alternativen zurückgegriffen werden. Zudem können Vorteile der Webtechnologie, wie bspw. ein Responsive Design verwendet werden, um das neue HMI auf alle Maschinen problemlos und ohne Anpassungsaufwand portieren zu können. Abschließend wurde die neue HMI umfangreich mittels Usability-Tests evaluiert. Die Tests zeigten, dass durch das neue ganzheitliche HMI die Effizienz, Effektivität und die Zufriedenheit gesteigert werden konnte.