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Der Wert eines jeden Werkzeugs wird danach beurteilt, wie gut es der Person, die es benutzt, hilft, das zu tun, was sie tun muss.
Ein Hammer wird danach beurteilt, wie gut er Nägel einschlägt, und eine Schaufel wird danach beurteilt, wie effektiv sie Löcher gräbt. Ebenso wird der Wert einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle (HMI) davon abgeleitet, wie gut sie dem Bediener in der Fabrik hilft, den Fertigungsprozess zu überwachen.
Unabhängig davon, wie automatisiert ein Fertigungsprozess auch sein mag, braucht es immer noch einen Bediener, der ihn überwacht, steuert und manchmal auch eingreift, um Probleme zu beheben. Die Mensch-Maschinen-Schnittstelle (HMI) ist ein Werkzeug, das zur Aufrechterhaltung der Sicherheit und Verbesserung der Produktivität in allen Arten von Industrieanlagen beiträgt. Durch die effektive Übermittlung wichtiger Informationen kann ein leistungsstarkes HMI den Bedienern helfen, schnell zu beurteilen, was zu tun ist.
Wenn sich ein HMI jedoch nicht in einem optimalen Zustand befindet, kann sie eher ein Hindernis als eine Lösung darstellen. Eines der häufigsten HMI-Probleme besteht darin, dass die Bildschirme mit Farben und Details so überladen sind, dass es für den Bediener schwierig ist, die Situation schnell zu beurteilen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Bediener nicht über ein hohes Mass an Ausbildung verfügt.
Tipps zur Gestaltung effektiverer HMI-Bildschirme
Der Schlüssel zu einem sauberen HMI liegt darin, sich immer darauf zu konzentrieren, sie zum bestmöglichen Werkzeug für den Bediener zu machen.
Die Hauptziele des HMI-Designs sind:
- Daten in Informationen zu verwandeln
- die Aufmerksamkeit auf die wichtigsten Informationen zu lenken
Daher sollten die Designentscheidungen für Ihr HMI-Projekt immer von einer Frage bestimmt werden: Wie kann das HMI die Effizienz des Bedieners maximieren? Das Ziel ist nicht, die HMI-Grafiken so visuell interessant wie möglich zu gestalten. Wenn man sich darauf konzentriert, die Bildschirme „cool“ aussehen zu lassen oder sie mit so vielen Informationen wie möglich zu füllen, ist das weniger effektiv.
Alles an einem HMI-Projekt sollte auf einen bestimmten Zweck ausgerichtet sein: das bestmögliche Werkzeug für den Endbenutzer zu schaffen. Indem Sie Daten in Informationen umwandeln und die wichtigsten Informationen hervorheben, können Sie dazu beitragen, die Reaktionszeit des Bedieners zu verkürzen, wenn Probleme auftreten.
Um Sie bei der Gestaltung von HMI-Bildschirmen zu unterstützen, die für eine bessere Leistung optimiert sind, haben wir einige Gestaltungstipps zusammengestellt. In diesem Whitepaper werden einige der wichtigsten Designprinzipien behandelt, die Sie zur Optimierung Ihrer HMI-Projekte einsetzen können: analoge Anzeigen, Trends, Hervorhebung und Navigation.
Tipp 1: Verwenden Sie analoge Anzeigen
Analoge Anzeigen sind effektiver als digitale Anzeigen, wenn es darum geht, Daten in einen praktischen Kontext zu stellen. Denken Sie zum Beispiel an eine analoge Uhr und eine digitale Uhr. Wenn Sie es eilig haben, welche Uhr zeigt Ihnen besser an, wie viel Zeit Sie noch bis zu Ihrem nächsten Termin haben? Die Digitaluhr hat einfach nur Zahlen, die Ihnen zeigen, wie spät es ist. Eine analoge Uhr zeigt die aktuelle Zeit an und macht es einfach, die verbleibende Zeit bis zur nächsten Besprechung abzuschätzen. Anhand dieses kleinen Beispiels können Sie sich vorstellen, wie viel einfacher es mit analogen Anzeigen ist, Dutzende von Prozesswerten auf einem Bildschirm zu beurteilen.
Mit analogen Anzeigen in Ihrem HMI kann der Bediener sofort sehen, wo die aktuellen Bedingungen im Vergleich zu den gewünschten Bedingungen stehen. Es gibt eine Reihe von Analoganzeigen, die Sie in Ihrem HMI-Projekt verwenden können. Bewegliche Analoganzeigen und Radardiagramme sind zwei davon, die Sie in Ignition verwenden können.
Bewegliche Analoganzeiger
Diese Komponenten zeigen einen analogen Wert im Kontext mit anderen Informationen über diesen Wert an. Der aktuelle Wert wird als Pfeil angezeigt, der auf einen Balken mit Segmenten zeigt, die den gewünschten Betriebsbereich, die unteren und oberen Alarmbereiche und die Verriegelungsbereiche anzeigen.
Anhand einer beweglichen analogen Anzeige kann der Bediener auf einen Blick erkennen, ob sich der Wert in seinem normalen Bereich befindet oder ob er Aufmerksamkeit erfordert. Befindet sich der Wert in einem Alarmbereich, so ändert sich die Farbe dieses Bereichs.
Radarkarten
Diese kreisförmigen Diagramme, die auch als Netzdiagramme, Spinnendiagramme oder Spider Plots bezeichnet werden, zeigen mehrere Werte auf einen Blick
an. So kann der Bediener auf einen Blick erkennen, ob ein Prozess innerhalb oder ausserhalb der Spezifikation verläuft.
In einem Radardiagramm wird jeder Wert wie eine Speiche auf einem Rad aufgetragen. Innerhalb des Rades gibt es zwei Formen: Eine Form wird durch eine Linie zwischen den aktuellen Werten gebildet, und die andere Form stellt dar, wie alle Werte aussehen würden, wenn sie in ihrem gewünschten Bereich lägen.
Im folgenden Diagramm können Sie leicht erkennen, welche Werte ausserhalb ihres gewünschten Bereichs liegen.
Tipp 2: Eingebettete Trends verwenden
Wenn ein Bediener eine Anzeige aktueller Daten betrachtet, sieht er nur, wie die Bedingungen in diesem Moment sind. Um einen Betrieb effektiv zu steuern, muss der Bediener jedoch in der Lage sein, potenzielle Probleme vorherzusehen, und dafür braucht er mehr Kontext.
Wenn die HMI Trendinformationen enthält, kann der Bediener sehen, wie die Bedingungen bisher waren, wo sie jetzt sind und wohin sie sich wahrscheinlich entwickeln werden. Wenn der Bediener eine Tendenz erkennen kann, zu einem Problem führen könnte, hat er die Möglichkeit ein Problem zu verhindern. Aus diesem Grund empfehlen wir, eingebettete Trends für wichtige Informationen und Leistungsindikatoren (KPIs) zu verwenden.
Sparkline-Diagramme
In Ignition werden eingebettete Trends als Sparkline-Diagramme bezeichnet. Ein Sparkline-Diagramm ist eine minimalistische Diagrammkomponente, die einen Liniendiagrammverlauf für einen einzelnen Datenpunkt anzeigt. Es zeigt eine grosse Menge an kontextbezogenen Informationen auf sehr kleinem Raum.
Durch Binden der Eigenschaft einer Sparkline-Diagrammkomponente an eine SQL-Abfrage oder eine Tag-Historie kann der Operator sehen, wie sich der Wert in den letzten Minuten oder Stunden entwickelt hat. Wenn Sie zum Beispiel ein Sparkline-Diagramm neben oder über einer Tankkomponente platzieren, können Sie verfolgen, ob die Temperatur des Tanks steigt, fällt oder schwankt.
Tipp 3: Techniken zur Hervorhebung verwenden
Damit der Bediener den Prozess schnell beurteilen und die erforderlichen Massnahmen ergreifen kann, muss ein HMI so gestaltet sein, dass sie dem Bediener zeigt, was wichtig ist, indem sie ihn bewusst darauf aufmerksam macht. Dies geschieht am besten durch die Anwendung eines Gestaltungsprinzips, das als Hervorhebung bezeichnet wird.
In einem HMI-Projekt bedeutet Hervorhebung, dass einem Objekt, einer Komponente oder einem Datenpunkt besondere Bedeutung beigemessen wird, um die Aufmerksamkeit des Bedieners auf die Informationen zu lenken, die für seine Arbeit am wichtigsten sind.
Was soll hervorgehoben werden?
Um die Hervorhebung effektiv zu nutzen, müssen Sie zunächst bestimmen, welche Informationen für den Bediener am wichtigsten sind. Bewerten Sie dazu den HMI-Bildschirm und ordnen Sie die Informationen und Funktionen danach, wie wichtig sie für die Arbeit des Bedieners sind. Je höher die Wichtigkeit, desto stärker sollte sie hervorgehoben werden, um die Aufmerksamkeit des Bedieners schnell auf sich zu ziehen. Denken Sie daran, dass sich diese Hierarchie der Wichtigkeit von Bediener zu Bediener ändern kann, und dass Sie sich möglicherweise HMI-Beispiele ansehen müssen, um mehr darüber zu erfahren, wie Sie jeden HMI-Bildschirm an die individuellen Bedürfnisse anpassen können.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein Element gegenüber einem anderen hervorzuheben, aber die vier einfachsten und wirkungsvollsten Techniken sind Grösse, Farbe, Position und Isolation.
3.1: Grösse
Dies ist leicht zu erkennen, da sich das grössere Quadrat deutlich von den anderen unterscheidet und so unsere Aufmerksamkeit auf sich zieht. Der Grund dafür ist, dass das menschliche Auge unglaublich gut darauf eingestellt ist, Muster zu erkennen, und alles, was ein Muster durchbricht, zieht sofort unsere Aufmerksamkeit auf sich. In diesem Fall sind alle Quadrate gleich gross, bis auf eines; daher wird das grössere Quadrat stärker hervorgehoben als die anderen.
Die Anwendung dieses Prinzips auf ein HMI-Projekt ist sehr einfach: Je grösser das Element auf dem Bildschirm ist, desto mehr Aufmerksamkeit wird ihm geschenkt. Dies funktioniert nur, wenn der Grössenunterschied relativ zu anderen Elementen auf dem Bildschirm ist. Wenn alle Elemente auf einem Bildschirm gross sind, wird keines von ihnen gegenüber den anderen hervorgehoben.
3.2: Farbe
Das orangefarbene Quadrat fällt auf, weil es sich von den anderen unterscheidet. Immer wenn ein vertrautes Muster unterbrochen wird, entsteht eine Betonung. Je stärker sich eine Farbe von ihrer Umgebung abhebt, desto mehr wird sie betont.
Komplementärfarben unterscheiden sich stark voneinander, weil sie auf dem Farbkreis einander gegenüberliegen. Die gemeinsame Verwendung von Komplementärfarben kann eine gute Möglichkeit sein, Akzente zu setzen.
In einem HMI-Projekt ist Farbe besonders nützlich, um effektive Warnungen zu erzeugen. Um die Aufmerksamkeit des Bedieners schnell auf sich zu ziehen, sollten Sie eine Farbe verwenden, die sich leicht abhebt. Wenn Ihr HMI-Bildschirm also überwiegend blau ist, sollten Sie Ihre Warnmeldung nicht blau, sondern orange gestalten. Die allgemeine Regel für die Farbe von HMI-Bildschirmen ist, sie neutral (nicht zu hell oder zu dunkel) und einfarbig zu halten. Grau ist eine gute Wahl, weil es Farben leicht hervortreten lässt und die Aufmerksamkeit des Bedieners auf sich zieht, um die Betonung zu maximieren.
3.3: Position
Der durchschnittliche Betrachter neigt dazu, das Quadrat oben links zu sehen. Das liegt daran, dass die Menschen in der westlichen Kultur in der Regel von oben nach unten und von links nach rechts lesen, so dass unsere Augen darauf trainiert sind, sich in einer bestimmten Weise über eine Seite zu bewegen. Das können Sie sich zunutze machen, indem Sie die Elemente, die Sie hervorheben möchten, an den Stellen platzieren, an denen unsere Augen sie zu sehen erwarten. Objekte, die besonders wichtig sind, sollten sich oben links auf dem Bildschirm oder der Seite befinden.
Dieses Prinzip lässt sich auch bei HMI-Bildschirmen wirksam anwenden. Zu diesem Zweck können Sie den Bildschirm in vier Quadranten unterteilen. Der obere linke Bereich wird vom Auge des Betrachters am meisten frequentiert und ist daher der wichtigste Bereich; was immer Sie dort platzieren, wird auch wahrgenommen. Der rechte untere Bereich wird weniger stark frequentiert; Informationen, die dort platziert werden, werden zwar immer noch gesehen, sind aber weniger wichtig.
3.4: Isolation
Das einzelne Quadrat, das sich von der Gruppe der Quadrate abhebt, fällt auf, weil es von den anderen isoliert ist. Isolation entsteht, wenn ein Objekt von leerem Raum umgeben ist; dies schafft eine Betonung, die das Auge des Betrachters leicht anziehen kann. Je mehr leerer Raum um ein Objekt herum ist, desto stärker wird das Objekt hervorgehoben. Wenn Sie ein leeres Blatt Papier nehmen und einen einzelnen Punkt darauf setzen, wird Ihr Auge sofort von dem Punkt angezogen. Unabhängig davon, wie klein der Punkt ist, erhält er durch seine Isolierung eine grosse Bedeutung.
Um die Isolierung in einem HMI-Projekt effektiv zu nutzen, sollten Sie sicherstellen, dass Ihr HMI-Bildschirm nicht überladen ist. Je mehr Informationen auf einem HMI-Bildschirm angezeigt werden, desto schwieriger ist es, die Aufmerksamkeit des Bedieners auf einen bestimmten Teil des Bildschirms zu lenken. Wenn Sie Ihre Bildschirme einfach halten, fällt es dem Bediener leichter, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren. Je einfacher der Bildschirm ist, desto mehr
3.5: Animation
Animationen können auch zur Hervorhebung verwendet werden, sollten aber nie grundlos eingesetzt werden. Sie sollten die Animation nicht zur Veranschaulichung einer normalen Situation oder eines normalen Vorgangs verwenden, sondern nur, um aussergewöhnliche Situationen hervorzuheben. Sie sollte immer im Vordergrund und nicht im Hintergrund platziert werden, da sie die Aufmerksamkeit auf sich ziehen soll.
3.6: Kombiniertes hervorheben
Kombinieren Sie die Prinzipien der Hervorhebung, um überzeugende HMI-Bildschirme zu erstellen, die die Effizienz des Bedieners optimieren.
Anstatt diese Techniken einzeln zu verwenden, empfiehlt es sich, sie zu kombinieren, um eine noch stärkere Betonung zu erreichen. Die in diesem Beitrag gezeigte bewegliche Analoganzeige verwendet beispielsweise sowohl Farbe als auch Position, um anzuzeigen, dass ein Wert in einen Alarmzustand übergegangen ist. Die Verwendung von mehr als einer Hervorhebungstechnik, um dringende Informationen zu vermitteln, wird als redundante Kodierung bezeichnet.
Durch die Kombination von Hervorhebungstechniken können Sie eine Hierarchie der Wichtigkeit für jedes Element auf dem Bildschirm erstellen. Sehen Sie sich andere HMI-Beispiele an und experimentieren Sie mit verschiedenen Kombinationen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Denken Sie daran, dass das Ziel des Einsatzes von Hervorhebungen in Ihrem HMI-Projekt darin besteht, es zu einem effektiveren Werkzeug in den Händen des Bedieners zu machen.
Tipp 4: Navigation einrichten
Richten Sie Ihre Navigation so ein, dass eine Datenhierarchie auf dem HMI entsteht. Anstatt eine übermässige Menge an Details auf einen Bildschirm zu packen, bietet eine richtig eingerichtete Navigation eine schrittweise Darstellung von Prozessdetails. Die allgemeine Idee besteht darin, dem Bediener am Anfang der Navigation eine Übersicht zu zeigen, und dann kann er Massnahmen ergreifen und spezifischere Details erhalten, wenn er sich durch die Ebenen nach unten klickt.
Empfohlene Hierarchieebenen:
Ebene 1 ist die Bereichsübersicht. Dies ist eine Übersicht auf höchster Ebene und sollte sofort zeigen, ob ein Problem vorliegt. Diese Ebene dient dem Situationsbewusstsein. Stellen Sie sich Ebene 1 als die Ansicht eines Prozesses aus 10.000 Meter Höhe vor, der von einem Bediener oder einer Gruppe kontrolliert wird. Dieser Bildschirm sollte sofort zeigen, ob alles gut läuft oder ob etwas nicht in Ordnung ist.
Ebene 2 ist für Einheitsdetails oder die laufende Prozessmanipulation gedacht. Wenn der Bediener auf Ebene 1 eine Situation bemerkt, die Aufmerksamkeit erfordert, kann er auf Ebene 2 klicken, um Massnahmen zu ergreifen.
Ebene 3 kann der Bediener auf eine Einheit klicken, um sie im Detail zu untersuchen. So kann er beispielsweise auf einen Motor klicken und erhält ein Popup-Fenster mit detaillierten Informationen dazu.
Ebene 4 dient der Unterstützung und Diagnose, d. h. der Fehlersuche. Auf dieser Ebene werden Standardbetriebsverfahren, Diagnoseinformationsprotokolle, Ereignisprotokolle und andere Dinge dieser Art gespeichert. Wenn der Bediener eine Frage dazu hat, was in bestimmten Situationen zu tun ist, ist dies der Ort, an dem er nachschauen sollte.
Die wichtigste Richtlinie beim Einrichten der Hierarchie ist die Verwendung einer Hierarchie, die am besten zu Ihrem SCADA-System passt. Die Erstellung dieser Art von Navigation ist zwar mit mehr Arbeit verbunden, erleichtert dem Bediener aber die Verwendung des HMI erheblich.
Konzentration auf die Bedürfnisse des Bedieners
Die wichtigsten Ziele, auf die Sie sich bei der Optimierung des HMI konzentrieren sollten, sind die Umwandlung von Daten in nützliche Informationen und das Hervorheben der Informationen, die für den Bediener am wichtigsten sind. Sie sollten analoge Anzeigen verwenden, um Daten in einen Kontext zu stellen. Verwenden Sie eingebettete Trends, die zeigen, wohin sich die Daten bewegen. Verwenden Sie Farbe, Position, Isolierung und Grösse, um wichtige Informationen hervorzuheben. Richten Sie eine Navigationshierarchie ein, die fortschreitende Detailstufen bietet. Schauen Sie sich Beispiele für Hochleistungs-HMIs an, um mehr über den Aufbau von HMIs zu erfahren. Durch die Anwendung dieser bewährten Verfahren ist der Bediener gut gerüstet, um die Anlage so sicher und effizient wie möglich zu betreiben.
Quelle: Die Tipps in diesem White Paper basieren auf dem Buch The High-Performance HMI Handbook von Bill Hollifield, Dana Oliver, Ian Nimmo und Eddie Habibi. Inductive Automation empfiehlt dieses Buch als zusätzliche Ressource für bewährte HMI-Verfahren.