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Neue Wege in der Visualisierung

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Eine der wichtigsten Errungenschaften des Maschinenbaus war die Einführung von Lösungen, die Messwerte, Maschinenzustände oder Prozessverläufe grafisch aufbereiten und anzeigen konnten. Sogenannten HMI-Systeme (Human Machine Interface) konnten mittels Visualisierung die Kontrolle und Bedienung von Maschinen und Anlagen wesentlich vereinfachen. Inzwischen gehören sie zur Standardausstattung der meisten Maschinen. 

Versäumnisse der Vergangenheit 

Der Erfolg hatte auch Schattenseiten. Kaum ein Automatisierer, der nicht ein eigenes System entwickelte. Doch Standards fehlten. So sind die Lösungen oft proprietär, mit individuellen Grafikoberflächen und Bedienkonzepten versehen. Die Anzeige an der Maschine unterscheidet sich womöglich von der grafischen Aufbereitung im Leitstand, und die Systematik der Visualisierung kann von Maschine zu Maschine unterschiedlich sein, wenn das HMI von einem anderen Hersteller stammt. 

Neben den Problemen bei Schulung und Bedienung, die sich aus den unterschiedlichen Oberflächen ergeben, ist auch die Wartung schwierig. Die Ersatzteilbeschaffung ist erfahrungsgemäss bei vielen älteren Systemen ungeklärt oder schlicht nicht mehr gegeben. Teure Lagerhaltung kann das Problem nur für eine gewisse Zeit lösen.

Bei der Weiterentwicklung von Anlagen im Zuge von Industrie-4.0-Projekten zeigt sich zudem die mangelnde Flexibilität solcher Systeme: Sie können oft nur auf die Daten der Maschine zugreifen, auf der sie installiert sind. Und das HMI ist fest verschraubt, so dass der Bediener immer eine festgelegte Position aufsuchen muss, um die Visualisierung nutzen zu können.  

Systemtechnische Alternative 

Wenn Maschinen- und Anlagendaten zunehmend zentral abgelegt werden, können diese auch für die Visualisierung genutzt werden und müssen nicht parallel in einem eigenen System vorgehalten werden. Genauso kann auch die grafische Aufbereitung selbst zentralisiert werden. Eine Visualisierung aus der Cloud bietet zahlreiche Vorteile. 

Sie ermöglicht es, die grafische Aufbereitung zu standardisieren. Die Aufbereitung erfolgt in einem zentralen Server, so dass an den Maschinen keine teuren Industrie-PC-Systeme mehr verbaut werden müssen, sondern „dumme“, günstigere Terminals ausreichend sind. Dies wiederum entlastet die Wartung von teurer Lagerhaltung. 

Wobei sogar die Nutzung von Terminals in Frage gestellt werden muss. Denn eine Visualisierung aus der Cloud kann für beliebige Web-Anwendungen verfügbar gemacht werden, also auch für Notebooks, Tablets oder Smartphones. Damit wird die Visualisierung mobil – der Bediener informiert sich dort, wo er gerade ist. Ebenso lassen sich maschinenübergreifende Informationen abrufen, so zum Beispiel für einen Vergleich von Anlage 1 mit Anlage 2. 

Und nicht zuletzt sind mit einer Cloud-Lösung auch Visualisierungen aus dem Internet der Dinge (IoT, Internet of Things) möglich. Denn in der zentralen Anwendung können auch jene Sensordaten und anderen Werte verarbeitet werden, die an der SPS vorbei erhoben und direkt an die Cloud gesendet wurden. Dies ist in der Regel sehr einfach zu realisieren und benötigt kein aufwändiges Engineering wie traditionelle HMI-Lösungen. 

Standardisierung der Benutzeroberfläche 

Ein wesentlicher Vorteil einer Cloud-Visualisierung ist der standardisierte Aufbau der grafischen Oberfläche (GUI, Grafical User Interface). So kommen zwar unterschiedliche Standort-Anwendungen zum Einsatz, die auf die jeweilige Aufgabe zugeschnitten sind, die sich aber in Aussehen und Anwendung gleichen. Einheitliche Oberflächen und Bedienkonzepte reduzieren die Fehleranfälligkeit im laufenden Betrieb und vereinfachen die Schulung der Mitarbeiter. 

Die einzelnen Anwendungen werden nicht mehr programmiert, sondern nur noch mittels wiederverwendbarer Module und Vorlagen konfiguriert. Da diese in IT-Hochsprachen ausgeführt sind, lassen sich auch aufwendigere Visualisierungen mit vertretbarem Aufwand realisieren. Diese werden zum Beispiel dort gebraucht, wo der Operator zusätzliche Aufgaben übernehmen soll und höhere Entscheidungsbefugnisse bekommt. In der Regel muss die Visualisierung dafür weitere, aktuelle Daten liefern. 

Teil der Standardisierung im Rahmen einer Cloud-Visualisierung ist die Nutzung von Web-Standards, die eine grösstmögliche Plattformunabhängigkeit bieten. Die Darstellung erfolgt im Webbrowser des jeweiligen Gerätes, angepasst an die Fähigkeiten des Displays. So werden beispielsweise auf einem PC-Bildschirm mehr Details dargestellt als auf einem Smartphone mit seiner begrenzten Bildschirmfläche.  

Im eigenen Rechenzentrum 

Welche Art von Cloud genutzt wird, bleibt dem Anlagenbetreiber überlassen. Für eine Cloud-Visualisierung in der Produktion bieten sich eine Edge Cloud am Rand des Shop-Floors oder eine Private Cloud im unternehmenseigenen Rechenzentrum auf dem Firmengelände an, die Echtzeitfähigkeit garantiert. Dann sind geringe Latenzen und hohe Verfügbarkeit in einem wirtschaftlichen Kostenrahmen erreichbar. 

Mit dem neuen Mobilfunkstandard 5G wird das Edge-Cloud-Konzept in Industrie-Anlagen weiteren Zulauf erhalten. Auch aufwändige, datenintensive Anwendungen wie Künstliche Intelligenz und Machine Learning lassen sich dann vollständig drahtlos umsetzen. Selbst Safety-Funktionen beherrscht 5G, also auch den Not-Aus-Schalter am drahtlosen Bedienterminal. 

Fazit: Neue Wege in der Visualisierung

Die zentrale Datenhaltung in MES, ERP oder bereits im Digitalen Zwilling schafft die Voraussetzung für eine Cloud-Visualisierung aus einem Guss. Standardisierte Programmierung und grafische Aufbereitung senken die Kosten bei Einrichtung, Betrieb und Wartung einer solchen Lösung. Höhere Flexibilität und der Zugriff auf zusätzliche Daten aus dem IoT oder von anderen Anlagen sind unabdingbare Voraussetzungen für einen Operator, der mit einem breiten Aufgabenfeld betraut ist.

Nur mit ausreichenden Informationen, die schnell verfügbar und einfach erfassbar sein müssen, kann er der zusätzlichen Entscheidungsbefugnis gerecht werden. Dazu trägt auch der mobile Nutzung der Visualisierung bei, beispielsweise per Smartphone oder  Tablet. Bei grösseren Retro-Fit-Projekten lohnt es sich daher, die Integration im Rahmen von Industrie 4.0 auch auf die Visualisierung auszudehnen. 

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