Expertenbeitrag

Dr. Roland  Aubauer

Dr. Roland Aubauer

Senior Director Research and Development, CAPTRON Electronic GmbH

Human Machine Interface Mit intelligenten Schnittstellen zur optimierten Produktion

Von Dr. Roland Aubauer

Moderne Produktionsprozesse sind intelligent. Dennoch werden Menschen an den Schnittstellen zwischen Abläufen benötigt. Ein Human Machine Interface, ausgestattet mit maschinellem Lernen oder Künstlicher Intelligenz, unterstützt die Optimierung solcher Prozesse.

Anbieter zum Thema

(Bild: iStock - monsitj)

Smart Factories werden immer komplexer und vernetzter. Allerdings lässt sich der Mensch an den Übergangsstellen vieler Prozesse nicht wegdenken. Wenn beispielsweise Komponenten oder Waren einen automatisierten Bereich verlassen, ist die manuelle Entgegennahme nach wie vor effizienter. Um solche Arbeitsabläufe zu regulieren und kontinuierlich zu verbessern, werden intelligente Schnittstellen zwischen Menschen und Maschinen benötigt. Bisher verwendeten Unternehmen dafür meist einfache mechanische oder kapazitive Taster. Doch je fortschrittlicher der Fertigungsbetrieb von morgen wird, desto intelligenter muss das Human Machine Interface (kurz: HMI) werden.

Maschinelles Lernen (kurz: ML) und Künstliche Intelligenz (kurz: KI) unterstützen bereits zahlreiche Arbeitsschritte in modernen Fabriken. Aber auch bei der Interaktion zwischen Menschen und Maschinen können diese Technologien helfen. Eine Komponente wie ein Taster oder Sensor lässt sich etwa durch ML zu einem selbstlernenden HMI upgraden. Dadurch kann er automatisch die Umgebung erkennen und sich den entsprechenden Anforderungen anpassen. In Verbindung mit KI lassen sich die vom HMI gesammelten Daten zudem in einen größeren Kontext für die gesamte Fabrik setzen. Beide Technologien greifen also idealerweise ineinander und optimieren durch ihr effizientes Zusammenspiel die Produktionsprozesse.

Geringere Fehlerquote und höhere Effizienz

Die Mitarbeiter stellen auch in einer Smart Factory eine erhebliche Fehlerquelle dar. Das Risiko durch einen menschlichen Fehler lässt sich mithilfe eines intelligenten HMI jedoch deutlich reduzieren. Das Interface kann den Mitarbeiter beispielsweise direkt zum richtigen Fach oder der richtigen Anlage leiten. Zudem bietet das Display eines modernen HMI eine Bedienungsanleitung oder sogar Checklisten zum Abhaken an. Best Practices lassen sich somit immer wieder im Arbeitsablauf anzeigen und werden den Mitarbeitern in Erinnerung gerufen. Das reduziert das Risiko einer manuellen Fehlbedienung.

Die Unterstützung durch ein intelligentes HMI hilft aber nicht nur bei der Vermeidung von Fehlern. Sie trägt auch dazu bei, die Arbeitsprozesse zu beschleunigen und effizienter zu gestalten. Die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine sorgt beispielsweise dafür, dass ein Picker einen zeitsparenden Weg nimmt und zeigt ihm an, wohin er gehen und in welches Fach er greifen soll. Intelligente Taster dienen in solchen Fällen als Medium, um dem Mitarbeiter Handlungsanweisungen zu erteilen. Mithilfe von KI und entsprechenden Algorithmen lassen sich auch Prozessdaten analysieren und dadurch bestimmte Abläufe optimieren. So kann ein Unternehmen feststellen, wenn eine bestimmte Arbeitsreihenfolge schneller oder effektiver ist als eine andere – und warum.

Zustandsanalyse und Wartungsprognose mithilfe von maschinellem Lernen

Das HMI profitiert durch maschinelles Lernen zudem von besseren Möglichkeiten zur Selbstdiagnose. Mithilfe eines eingebauten Mikrocomputers kann es beispielsweise kontinuierlich Daten über den Verschmutzungszustand seiner Tastfläche oder einer Sensorlinse sammeln. Auf Grundlage dieser Informationen analysiert das Interface seine Arbeitsfähigkeit und gibt über ML eine Prognose über eine notwendige Wartung ab. Ist die Tastfläche oder die Linse verschmutzt, meldet das HMI an eine zentrale Stelle, dass die Komponente gewartet oder bei Bedarf ausgetauscht werden muss.

Mithilfe der vorausschauenden Wartung sind die essenziellen Komponenten an den Schnittstellen immer funktionsbereit. Dies erhöht auch die allgemeine Anlagenverfügbarkeit, da gerade in komplexen Smart Factories sämtliche Arbeitsprozesse ineinandergreifen. Fällt eine grundlegende Komponente – etwa ein Taster oder ein Sensor – aus, kann dies zu einem weitreichenden Produktionsstopp und hohen finanziellen Verlusten führen.

Auch Mittelständler können zur Smart Factory werden

Rein mechanische Taster haben mittlerweile ausgedient. Kapazitive Taster und optische Sensoren waren bislang der nächste logische Schritt, und sie verbessern bereits viele Arbeitsprozesse. Allerdings sind sie fehleranfällig. Eine moderne Fabrik benötigt ein intelligenteres HMI mit Mikrocomputer und maschinellem Lernen. Essenziell hierfür sind digitale Schnittstellen wie IO-Link, über die Informationen zuverlässig mit einer darüber liegenden KI kommunizieren können. Das HMI von morgen entwickelt sich kontinuierlich weiter und wird – ähnlich wie Smart Factories – immer komplexer.

Gerade für viele mittelständische Unternehmen mag dies eine beängstigende Entwicklung sein. Denn sie verfügen üblicherweise nicht über das notwendige Know-how, um hier mithalten zu können. Daher empfiehlt es sich, einen Partner mit langjähriger Erfahrung an der Seite zu wissen. Die Spezialisten verfügen über entsprechendes Wissen in der Softwareentwicklung, aber auch über Kenntnisse der geeigneten Services. Im Rahmen einer solchen Kooperation lässt sich die beste Lösung für ein Unternehmen und seine Produktionsprozesse finden. Auf diese Weise bleiben auch kleinere Firmen wettbewerbsfähig.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

(ID:47973904)