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Eine Human-Machine-Interface (HMI) ist eine Benutzeroberfläche oder ein Dashboard, das eine Person mit einer Maschine, einem System oder einem Gerät verbindet.
HMI Definition
Obwohl der Begriff technisch gesehen auf jeden Bildschirm angewendet werden kann, der es einem Benutzer ermöglicht, mit einem Gerät zu interagieren, wird HMI am häufigsten im Zusammenhang mit einem industriellen Prozess verwendet.
Obwohl HMI der gebräuchlichste Begriff für diese Technologie ist, wird sie manchmal auch als Man-Machine-Interface (MMI), Operator-Interface-Terminal (OIT), Local-Operator-Interface (LOI) oder Operator-Terminal (OT) bezeichnet. HMI und Graphical-User-Interface (GUI) sind ähnlich, aber nicht gleichbedeutend: GUIs werden oft innerhalb von HMIs für Visualisierungsfunktionen eingesetzt.
In industriellen Umgebungen können HMIs verwendet werden, um:
- Daten visuell darzustellen
- Produktionszeit, Trends und Tags zu verfolgen
- Überwachen von KPIs
- Überwachung von Maschinen Inputs und -Outputs
- und vieles mehr
Ähnlich wie Sie mit Ihrer Klimaanlage interagieren würden, um die Temperatur in Ihrem Haus zu überprüfen und zu regeln, könnte ein Werksmitarbeiter eine HMI verwenden, um die Temperatur eines industriellen Wassertanks zu überprüfen und zu regeln oder um zu sehen, ob eine bestimmte Pumpe in der Anlage gerade in Betrieb ist.
HMIs gibt es in verschiedenen Formen, von eingebauten Bildschirmen in Maschinen über Computermonitore bis hin zu Tablets, aber unabhängig von ihrem Format oder dem Begriff, den Sie dafür verwenden, besteht ihr Zweck darin, Einblick in die mechanische Leistung und den Fortschritt zu geben.
Wer nutzt ein HMI?
Die HMI-Technologie wird von fast allen Industrieunternehmen sowie von einer Vielzahl anderer Unternehmen eingesetzt, um mit ihren Maschinen zu interagieren und ihre industriellen Prozesse zu optimieren.
Zu den Branchen, die HMI einsetzen, gehören:
- Energie
- Lebensmittel- und Getränkeindustrie
- Fertigung – Öl und Gas
- Energie
- Recycling – Transport
- Wasser und Abwasser
- Und viele mehr
Die häufigsten Rollen, die mit HMIs interagieren, sind Bediener, Systemintegratoren und Ingenieure, insbesondere Ingenieure für Steuerungssysteme. HMIs sind wesentliche Ressourcen für diese Fachleute, die sie zur Überprüfung und Überwachung von Prozessen, zur Diagnose von Problemen und zur Visualisierung von Daten einsetzen.
Häufige Verwendungszwecke von HMI
HMIs kommunizieren mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS/PLC) und Eingabe-/Ausgabesensoren, um Informationen für die Benutzer zu erhalten und anzuzeigen. HMI-Bildschirme können für eine einzelne Funktion, wie Überwachung und Verfolgung, oder für die Durchführung komplexerer Vorgänge, wie das Ausschalten von Maschinen oder die Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit, verwendet werden, je nachdem, wie sie implementiert sind.
HMIs werden zur Optimierung eines industriellen Prozesses eingesetzt, indem Daten digitalisiert und für einen Betrachter zentralisiert werden. Durch den Einsatz von HMI können die Bediener wichtige Informationen in Diagrammen, Tabellen oder digitalen Dashboards anzeigen lassen, Alarme anzeigen und verwalten und eine Verbindung zu SCADA- und MES-Systemen herstellen – alles über eine Konsole.
Früher mussten die Bediener ständig auf herumlaufen, um den mechanischen Fortschritt zu überprüfen und ihn auf einem Blatt Papier oder einem Whiteboard festzuhalten. Die HMI-Technologie ermöglicht es die Echtzeitinformationen von SPS direkt an ein HMI-Display zu übermitteln, wodurch diese veraltete Praxis überflüssig wird und viele kostspielige Probleme, die durch fehlende Informationen oder menschliches Versagen verursacht werden, vermieden werden.
Was ist der Unterschied zwischen HMI und SCADA?
«Supervisory Control and Data Acquisition» (SCADA) und HMI sind eng miteinander verwandt und werden oft im selben Zusammenhang genannt, da sie beide, Teil eines größeren industriellen Steuerungssystems sind, sie bieten jedoch unterschiedliche Funktionen und Möglichkeiten. Während sich HMIs auf die visuelle Übermittlung von Informationen konzentrieren, um den Benutzer bei der Überwachung eines industriellen Prozesses zu unterstützen, haben SCADA-Systeme eine größere Kapazität für die Datenerfassung und den Betrieb des Kontrollsystems. Im Gegensatz zu SCADA-Systemen sammeln und speichern HMIs keine Informationen und stellen keine Verbindung zu Datenbanken her. Vielmehr stellt die HMI ein effektives Kommunikationswerkzeug dar, das als Teil eines SCADA-Systems oder als Ergänzung dazu funktioniert. Weitere Informationen über SCADA finden Sie auf unserem Artikel “Was ist SCADA?”.
In den letzten zehn Jahren haben die sich ändernden betrieblichen und geschäftlichen Anforderungen zu interessanten Entwicklungen in der HMI-Technologie geführt. Heute sieht man neben den traditionellen Modellen immer häufiger auch weiterentwickelte Formen der HMI wie Hochleistungs-HMIs, Touchscreens und mobile Geräte. Diese modernisierten Schnittstellen schaffen mehr Möglichkeiten für die Interaktion mit den Geräten und deren Analyse.
– Hochleistungs-HMIs
Bediener und Benutzer tendieren zunehmend zu Hochleistungs-HMI, einer Methode des HMI-Designs, die eine schnelle und effektive Interaktion ermöglicht. Indem die Aufmerksamkeit nur auf die notwendigsten oder kritischsten Anzeigen auf der Benutzeroberfläche gelenkt wird, hilft diese Designtechnik dem Betrachter, Probleme effizienter zu erkennen und darauf zu reagieren sowie besser informierte Entscheidungen zu treffen. Die Anzeigen auf leistungsstarken HMIs sind einfach, klar und bewusst frei von überflüssigen Grafiken oder Bedienelementen. Andere Designelemente, wie Farbe, Größe und Platzierung, werden mit Bedacht eingesetzt, um die Benutzerfreundlichkeit zu optimieren. Erfahren Sie hier mehr über die Gestaltung von Hochleistungs-HMIs.
– Touchscreens und mobile Geräte
Touchscreens und mobile HMI sind zwei Beispiele für den technologischen Fortschritt, der mit dem Aufkommen von Smartphones Einzug gehalten hat. Anstelle von Schaltflächen und Schaltern können Bediener bei modernisierten HMIs durch Berühren des Bildschirms auf Steuerelemente zugreifen. Touchscreens sind besonders wichtig, wenn sie mit mobilen HMIs verwendet werden, die entweder über webbasierte HMIs/SCADAs oder über eine App bereitgestellt wird. Das mobile HMI bietet den Bedienern eine Reihe von Vorteilen, darunter den sofortigen Zugriff auf HMI-Informationen und die Fernüberwachung.
– Fernüberwachung
Die mobilfreundliche Fernüberwachung ermöglicht eine größere Flexibilität und Zugänglichkeit für Bediener und Manager gleichermaßen. Mit dieser Funktion kann ein externer Steuerungstechniker beispielsweise die Temperatur eines Lagers auf einem tragbaren Gerät überprüfen, so dass eine Überwachung vor Ort nach Feierabend nicht mehr erforderlich ist. Schon bald wird es nichts Ungewöhnliches mehr sein, einen Prozess in der Fabrikhalle zu überprüfen, während man selbst meilenweit von der Anlage entfernt ist.
– Edge-of-Network- und Cloud-HMIs
Edge-of-Network-HMIs sind ebenfalls sehr gefragt, da sie den Bedienern den Zugriff auf Daten und Visualisierungen von Feldgeräten ermöglichen. Außerdem wird es immer üblicher, Daten von lokalen HMIs an die Cloud zu senden, wo sie aus der Ferne abgerufen und analysiert werden können, während die Steuerungsfunktionen lokal bleiben.
– Ein Blick in die Zukunft der HMI
Am Horizont erforschen führende Ingenieure sogar Möglichkeiten zur Implementierung von Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) zur Visualisierung von Fertigungsfunktionen.
Da Daten in der Fertigung eine immer wichtigere Rolle spielen, sieht die Zukunft für die Mensch-Maschine-Schnittstelle sehr rosig aus. Diese Technologie mag einen langen Weg zurückgelegt haben, aber ihr Wachstumspotenzial ist nach wie vor nahezu unbegrenzt.