Usability und Human-Machine Interfaces in der Produktion

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Studie Qualitätsmerkmale für Entwicklungswerkzeuge

Human-Machine Interfaces (HMI) zur Steuerung und Überwachung von Maschinen und Anlagen haben heute für die Hersteller eine strategische Bedeutung: Attraktive und gut benutzbare Oberfläche tragen zur Alleinstellung, zur Kundenzufriedenheit und Produktivität bei. HMI werden häufig mit speziellen Entwicklungswerkzeugen erstellt. Auf dem Markt stehen Werkzeuge von mehr als 50 Herstellern zur Verfügung.

Die vorliegende Studie identifiziert und beschreibt Qualitätsmerkmale für Entwicklungswerkzeuge zur Entwicklung hochwertiger HMI. In der Studie wurden Anforderungen in Telefoninterviews mit HMI-Entwicklern erhoben und aus Normen und Standards herausgezogen. Damit wurden stellvertretende Systeme erprobt und daraus schließlich die Qualitätsmerkmale für die Entwicklungswerkzeugen abgeleitet.

Die Qualitätsmerkmale sind in sieben Cluster gegliedert, darunter die Darstellungsmöglichkeiten und verfügbaren HMI-Elemente, wesentliche Aspekte für Benutzerverwaltung und Zugriffsrechte, sowie der Rezept- bzw. Sortenverwaltung. Um Fehler- und Hinweismeldungen im HMI so darstellen zu können, dass eine effiziente Bearbeitung gewährleistet ist, wurden außerdem Qualitätsmerkmale für das Protokoll und Alarmmanagement beschrieben. Qualitätsmerkmale für die Erstellung internationaler HMI wurden gesondert aufgenommen. Daneben wurden die Usability und Entwicklungsunterstützung der Werkzeuge als Kriterien aufgenommen.

Viele HMI-Entwicklungswerkzeuge haben bereits einen hohen Entwicklungsstand erreicht. Dennoch sind wichtige Gestaltungsaspekte bisher mit kaum einem Werkzeug oder nur mit großem Aufwand umsetzbar, weshalb man die Möglichkeiten infrage kommender Werkzeuge kennen sollte. Die in dieser Studie erstellten Qualitätsmerkmale unterstützen bei der Bewertung und Auswahl von Werkzeugen, aber auch bei der Ausrichtung konzipierter HMI an gegebene Einschränkungen.

Einleitung und Zielsetzung

Im industriellen Umfeld werden Human-Machine Interfaces (HMI) zur Steuerung und Überwachung von Maschinen und Anlagen eingesetzt. Dabei hat das HMI heute eine strategische Bedeutung:

  • Die Usability (Gebrauchstauglichkeit) des HMI hat einen wesentlichen Einfluss auf die Produktivität, die Vermeidung von Bedienfehlern und die Reduktion von Schulungsaufwand.
  • Ein hochwertiges und attraktives HMI-Design kann Alleinstellungsmerkmale schaffen und die Innovationskraft und den hohen Qualitätsanspruch des Maschinenherstellers untermauern.
  • Positive Nutzungserlebnisse (User Experience) tragen dazu bei, die Motivation und Leistungsbereitschaft der Bediener zu steigern.

Bei der Entwicklung des HMI stellt sich häufig die Frage der Umsetzbarkeit und des Entwicklungsaufwands. Zur Reduzierung des Aufwands und des Risikos werden meist spezielle Entwicklungswerkzeuge eingesetzt. Diese erweitern die klassische SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)-Funktionalitäten um Möglichkeiten zur Visualisierung. Die derzeit mehr als 50 Hersteller solcher Werkzeuge bieten teilweise sehr unterschiedliche Lösungen an.

Die Auswahl eines geeigneten Systems ist oft nicht leicht, besonders wenn ein Konzept für ein neues HMI entworfen werden soll. Das Projektteam steht dann vor der Entscheidung, ob zuerst das Werkzeug ausgewählt oder zuerst das Konzept erstellt werden soll. Im Idealfall sollte das Werkzeug erst ausgewählt werden, wenn das Konzept erstellt und damit der benötigte Funktionsumfang definiert ist. Die Erfahrungen in bisherigen Projekten des Fraunhofer IAO zeigen allerdings, dass die Auswahl des Werkzeugs meist nicht bis zum Ende der Konzeptphase hinausgezögert werden kann.

Damit das HMI-Konzept möglichst wenig von den technischen Restriktionen des Entwicklungswerkzeugs beeinflusst wird, sollten allerdings vor der Auswahl bereits einige grundlegende Entscheidungen getroffen sein. Ist beispielsweise die Gestaltung einer Touch-Anwendung geplant, stehen andere Gestaltungsaspekte im Vordergrund, als bei der Bedienung mit Maus und Tastatur. Soll das HMI auch graphisch höchsten Ansprüchen genügen, werden häufig Designagenturen eingebunden. In diesen Fällen muss also eine Möglichkeit gefunden werden, die Gestaltungsentwürfe der Designagentur mit dem Entwicklungswerkzeug umzusetzen.

Ausgehend von den Anforderungen eines intuitiven, ästhetisch ansprechenden und effizient bedienbaren HMI werden in dieser Studie wesentliche Qualitätsmerkmale von Entwicklungswerkzeugen identifiziert. Vor dem Hintergrund des aktuellen Entwicklungsstands wird untersucht, inwiefern heutige Entwicklungswerkzeuge die Umsetzung hochwertiger HMI unterstützen und welche Eigenschaften insbesondere die Qualität und den Entwicklungsaufwand moderner HMIs beeinflussen.

Die Ergebnisse dieser Studie dienen Entscheidern und HMI-Entwicklern als Hilfestellung bei der Auswahl eines geeigneten HMI-Entwicklungswerkzeugs. Auf der Grundlage eines detaillierten Verständnisses ihrer spezifischen Anforderungen werden sie in die Lage versetzt, zu beurteilen welche Produkteigenschaften für sie von entscheidender Bedeutung sind.

Den Anbietern von HMI-Entwicklungswerkzeugen können die hier zusammengestellten Qualitätsmerkmale als Guidelines für die Weiterentwicklung und Optimierung ihrer Produkte dienen.

In der Studie wurde bewusst darauf verzichtet, konkrete HMI-Entwicklungswerkzeuge zu bewerten und zu vergleichen. Gerade in der letzten Zeit sind viele neue Versionen relevanter Produkte auf dem Markt erschienen. Darüber hinaus fällt die Auswahl einer handhabbaren Anzahl von zu bewertenden Systemen schwer ohne sich dem Vorwurf der Wettbewerbsverzerrung auszusetzen. Das wichtigste Argument für eine Konzentration auf die Darstellung allgemeiner Qualitätsmerkmale ist jedoch, dass in jedem Projekt die Schwerpunkte der Entscheidung individuell definiert werden müssen. Gerne unterstützt Sie das Fraunhofer IAO dabei, in einem offenen und herstellerneutralen Vorgehen das für Sie richtige System auszuwählen.

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