10 Gründe, warum industrielle HMI Geräte Smart Devices überlegen sind
- HMI
- 8.11.2021
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Was sind die wesentlichen Unterschiede zwischen Handbediengeräten und einem Tablet oder einem Smartphone?
Eine umfassende Nutzung von Smartphones oder Tablets ist im industriellen Umfeld bisher noch nicht gegeben, obwohl es Anwendungsfälle (hauptsächlich bei KMU) gibt, bei denen Consumer bzw. Smart Devices erfolgreich in den Produktionsprozess integriert werden.
Trotzdem sind Industrie-Panels Consumer Devices bisher noch überlegen – und das liegt hauptsächlich an den Bedingungen, unter denen diese Bedienoberflächen zum Einsatz kommen.
Nachfolgend listen wir die wesentlichen Unterschiede zwischen Smart Devices und HMI-Geräten bzw. zehn gute Gründe auf, warum Sie auch weiterhin auf Industrie-HMI statt auf Smartphones oder Tablets setzen sollten.
1. Ein HMI-Gerät ist wesentlich robuster als ein Smartphone
Das Bediengerät ist eines der wichtigsten Elemente an einer Maschine. Wenn dieses ausfällt, wirkt sich das im Normalfall auf die Verfügbarkeit der Maschine aus. Denn ohne die so wichtige Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine, kann der Bediener weder etwas ablesen oder einstellen, noch überwachen oder ausschalten.
Der Verfügbarkeit kommt ohnehin eine große Bedeutung zu. Gerade auch im Hinblick auf die Falltauglichkeit. Ein Industrie-Panel ist ein modernes Werkzeug, mit dem auch robust umgegangen werden kann. Mit Sicherheit bleibt es auch dann funktionsfähig, wenn es mal auf den Boden fällt.
Im Gegensatz dazu können ein Smartphone oder Tablet bei so einem "Unfall" schon mal zu Bruch gehen und sich dabei selbst außer Betrieb setzen. Die zugehörige Maschine könnte dann nur mehr eingeschränkt oder gar nicht mehr bedient werden und eventuell sogar ganz zum Stillstand kommen, bis das Bediengerät repariert oder ersetzt wird.
Bei der Entwicklung von Consumer Smart Devices, die im Grunde "Lifestyleprodukte" sind, zählt das Design eben wesentlich mehr als die Industrietauglichkeit.
2. Ein HMI-Gerät erfüllt die gesetzlichen EMV-Anforderungen
Bei Geräten, die im industriellen Umfeld eingesetzt werden, sind die Anforderungen an die EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) wesentlich höher als bei Alltagsgeräten. Dies fußt vor allem darauf, dass eine zu hohe elektromagnetische Ausstrahlung die Sicherheit von Mensch und Maschine beeinträchtigen könnte.
So kann es bei Verwendung eines für den Gebrauch im industriellen Umfeld (z.B. in einer Maschinenhalle) nicht ausreichend getesteten Bediengeräts zu einer unbeabsichtigten Fehlauslösung am Bildschirm und in weiterer Folge an der Maschine kommen. Das kann unter anderem zu Schäden am Werkstück führen.
Geregelt wird die elektromagnetische Verträglichkeit in einer entsprechenden Richtlinie. In der Regel erfüllen Consumer-Geräte die wesentlichen höheren EMV-Anforderungen nicht. Deren Einsatz im industriellen Umfeld gilt daher als nicht normgerecht.
3. Ein HMI-Gerät verfügt über alle relevanten Sicherheitsfunktionen
Maschinen und Anlagen müssen gemäß Maschinenrichtlinie (Kapitel 1.2.4.3) mit einer Not-Halt-Einrichtung versehen sein, um im Notfall eine Gefahr abwenden oder vermindern zu können.
Aus dieser Richtlinie ergeben sich Anforderungen an Sicherheitsfunktionen, die für das Bedienen von Maschinen nötig sind. Deshalb verfügen industrielle HMI-Geräte auch über Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt, Zustimmtaster oder Betriebsartenwahlschalter.
Über solche Sicherheitsfeatures verfügen Consumer Devices nicht, womit sie für das echte Bewegen von Maschinen oder Maschinenteilen in der Praxis eher ungeeignet sind.
Oberflächlich betrachtet könnte man jetzt meinen, dass man auch ein Smart Device mit diesen Sicherheitsfunktionen erweitern kann. Hier explodiert jedoch der konstruktive und kostentechnische Aufwand und am Ende des Tages hat man meist eine teure "Krückenlösung".
Folgende Normen beinhalten Anforderungen an Not-Halt und Handbediengeräte:
- EN ISO 13850:2015 (Safety of machinery – emergency stop – principles for design)
- EN 60204-1:2018 (Safety of machinery – Electrical equipment of machines – Part 1: general requirements)
- EN ISO 10218-1:2011 (Robots and robotic devices – Safety requirements for industrial robots – Part 1: Robots)
Industrie-Panels müssen ganz klar auf Dauerbedienung ausgelegt sein.
4. Ein HMI-Gerät garantiert eine gesicherte und schnelle Übertragung zur Maschinensteuerung
Beim Betätigen von Tasten eines Bediengeräts geht es nicht nur ums Sehen oder Spüren. Es geht vor allem um die Reaktionszeit der Maschine – also darum, wie lange sie benötigt, um auf den Tastendruck zu reagieren.
Bei der Verwendung industrieller Bediengeräte ist sichergestellt, dass diese Reaktion in einer genau definierten bzw. sogar garantierten maximalen Mindestzeit (wenige Millisekunden) in der Steuerung der Maschine ankommt.
Sowohl in kabelgebundenen als auch kabellosen HMI-Geräten ist ein eigenes Softwareprotokoll implementiert, das eine rasche Übertragung sicherstellt. Ist diese kurze Übertragungszeit nicht gegeben, besteht die Gefahr, dass durch den daraus resultierenden Nachlauf, Maschinen oder Werkzeuge beschädigt werden.
Bei Smart Devices kann davon ausgegangen werden, dass diese kabellos und vorwiegend über WLAN an die Maschinensteuerung angebunden sind. Von der Buskonvertierung abgesehen kann in solchen Konstellationen mit sehr ungünstigen Latenzzeiten im Sekundenbereich gerechnet werden.
5. Ein HMI-Gerät entspricht den Ergonomie-Normen
Um die körperliche Beanspruchung der Bediener auf ein Mindestmaß zu reduzieren, müssen Maschinen und deren Bedienstationen bestimmte ergonomische Normen erfüllen.
So müssen Industrie-Panels etwa ganz klar auf Dauerbedienung ausgelegt sein. Das Gerät soll von seinem Bediener während der gesamten Dauer einer Schicht bedient werden können, ohne dass es bei diesem zu Übermüdungserscheinungen kommt.
Ein Bedienpanel muss also gut in der Hand liegen. Wird mit einem nicht ergonomisch Gerät gearbeitet – das z.B. als zu schwer empfunden wird – steigt die Fehleranfälligkeit und gleichzeitig sinkt die Effizienz des Bedieners. Kosten werden dadurch unnötig in die Höhe getrieben.
Zu den ergonomischen Normen eines Industriepanels gehört u.a. auch ein überlistsicherer Zustimmtaster.
Die Einhaltung solcher – speziell im industriellen Bereich – geforderten Ergonomie-Normen, spielt bei der Entwicklung von Consumer Devices keine bzw. nur eine untergeordnete Rolle.
6. Ein HMI-Gerät ermöglicht Blindbedienung
In manchen Situationen, wie beim Roboter-Teaching, ist es notwendig, blind bedienen zu können, da die Augen auf die Maschine/den Roboter gerichtet sind. Eine solche Blindbedienung, ist nur mit Geräten möglich, die ein entsprechendes haptisches Feedback gewährleisten.
Spürbare Tasten mit Prägung und taktilem Feedback beim Drücken bietet nur eine echte Folientastatur. Sie gibt eine eindeutige Rückmeldung und reduziert die Eingabefehler damit wesentlich.
Smartphones oder Tablets verfügen zwar ebenso über akustisches oder haptisches Feedback, das allerdings nicht eindeutig zuordenbar bzw. erkennbar ist und sich somit nicht für eine Blindbedienung eignet.
7. Ein HMI-Gerät garantiert Verfügbarkeit und Kompatibilität
Die rasanten Weiterentwicklungen im Bereich der Consumer Devices begeistern uns alle. Gleichzeitig bedeuten diese aber, dass Software, die heute für ein Smartphone entwickelt wird, eventuell auf der nächsten Gerätegeneration nicht mehr vollumfänglich lauffähig ist.
Bei Verwendung eines Consumer-Tablets zur Maschinenbedienung kann es passieren, dass man bei der Weiterentwicklung der Bedienapplikation letztlich nur damit beschäftigt ist, dem Device "hinterherzuentwickeln", um bewährte Funktionen auch für die nächste Tablet-Generation aufrechtzuerhalten. Die meist ohnehin knappen Entwicklerressourcen werden "verschwendet". Kleine Schritte führen bei HMI-Innovationen daher nur selten zum Erfolg.
Auch die unterschiedlichen Betriebssysteme diverser Consumer Devices (Apple/Android/ …) führen unweigerlich zu unnötigen Entwicklungsaufwänden und treiben Kosten sinnlos in die Höhe.
Des Weiteren ist ein 24/7 Betrieb von Consumer Devices oft nur bedingt möglich, da deren Komponenten gar nicht auf diese Art der Anwendung ausgelegt sind (Displays, Kondensatoren, CPUs, Akkuleistung …). Im Gegensatz dazu sind Industrie-Tablets sehr wohl auf Dauerbetrieb ausgerichtet.
Bei deren Weiter- bzw. Neuentwicklung besteht immer die Gewährleistung der Kompatibilität von bestehenden Softwarelösungen. Zudem ist garantiert, dass HMI-Geräte mehrere Jahre verfügbar sind, d.h. über die gesamte Lebensdauer einer Maschine bzw. einer Maschinengeneration hinweg.
8. Ein HMI-Gerät fällt nicht wegen Überhitzung aus
Jeder kennt das Phänomen, dass ein Smartphone im Dauerbetrieb sehr heiß werden kann und es sich dann mitten in der Bedienung einfach abschaltet. Ein solches Verhalten ist bei der Verwendung als Bediengerät nicht tolerierbar, weil der Ausfall der Bedieneinheit unweigerlich den Ausfall der kompletten Maschine nach sich zieht (siehe oben).
Zudem gibt es normative Anforderungen für die Oberflächentemperaturen von Bediengeräten. Industrielle Handbediengeräte sind für den Dauerbetrieb vorgesehen und dürfen – um Verletzungen zu vermeiden – gewisse Temperaturschwellen nicht überschreiten (z.B. 48 °C bei einer Kontaktdauer von >10 min).
Somit ist bei industriellen HMI-Geräten sichergestellt, dass es im Dauerbetrieb zu keiner gefährlichen Erwärmung und einer damit einhergehenden Selbstabschaltung kommt.
9. Ein HMI-Gerät erfüllt die industriellen Security-Standards
Das Thema Sicherheit hat im Industriebereich einen noch höheren Stellenwert, als das im Consumer-Bereich der Fall ist. Man stelle sich vor, Hacker legen einen ganzen Maschinenpark still – ein Millionenschaden (!) würde entstehen.
Analysen des Gesamtverbandes der Deutschen Versicherungswirtschaft aus dem Jahr 2020 zeigen weitverbreitete Mängel bei der IT-Sicherheit bei kleinen und mittelständischen Maschinenbauern. So gab beispielsweise jedes dritte Unternehmen an, bereits Opfer von erfolgreichen Cyberattacken gewesen zu sein.
Mit einem für den industriellen Gebrauch ausgelegten Bediengerät ist man in puncto Sicherheit bzw. Cybersicherheit auf alle Fälle besser beraten als mit einem Tablet. Consumer Devices erfüllen schlichtweg die strengen Maschinenanforderungen meist einfach nicht.
10. Ein HMI-Gerät bleibt an seinem Platz
Gerade, weil Consumer Devices auch in der privaten Umgebung benutzt werden können, verzeichnen viele Firmen immer wieder einen gewissen Schwund im Bestand. Ein Industriegerät hingegen ist für den Privatgebrauch kaum interessant und bleibt dort, wo es sein soll.
Können Sie mit Smartphone oder Tablet Industriemaschinen bedienen?
Consumer Devices sind den Standards in der industriellen Umgebung aktuell nicht gewachsen. Sie wurden vor allem als Lifestyle-Produkte entwickelt und entsprechen daher vielen industriellen Normen nicht.
Industrie-Panels hingegen erfüllen alle (sicherheits-)relevanten Aspekte der Maschinenbedienung – sie sind also nach den gängigen Industrie-Normen geprüft und zertifiziert. Sie sind zudem robust, schock- und vibrationsgetestet und entsprechen auch den höheren Industrie-EMV-Anforderungen.
Will man bei der Bedienung seiner Maschinen und Anlagen also auf Nummer sicher gehen, ist man gut beraten, eigens dafür entwickelte Geräte zu verwenden, die sich für den industriellen Gebrauch eignen. Sie sind im Vorfeld genau für diesen Einsatzbereich auf Herz und Nieren geprüft und damit die bessere Wahl, da sie eine ausreichende Verfügbarkeit im "raueren", industriellen Umfeld garantieren.
