Human Machine Interface (HMI) – Definition und Geschichte

Das Human Machine Interface (HMI) ist so alltäglich, dass es oftmals vergessen wird. Dabei wird die Wichtigkeit des HMI vernachlässigt. Wir erklären Ihnen, wie wichtig die Benutzerschnittstelle ist, wie sie sich verändert hat und wie es in Zukunft aussehen könnte.

Human Machine Interface – Definition

Bei der Human Machine Interface, auch bekannt als Benutzerschnittstelle oder  Nutzerschnittstelle, dreht es sich um die Handlung, bei der eine Person mit einer Maschine in Kontakt kommt. Ein einfaches Beispiel hierfür ist ein Lichtschalter. Dieser gehört weder zur Maschine (in diesem Fall die Lampe), noch zum Menschen. Der Lichtschalter dient als Schnittstelle zwischen den beiden. Weitere Beispiele reichen von Alltagsgegenständen, z.B. ein Lenkrad oder ein Computer, bis hin zu hochleistungsfähigen und komplexen Systemen. Somit gehört das Human Machine Interface zu den Mensch-Maschine-Systemen.

Das Human Machine Interface ist maßgeblich dafür verantwortlich, wie Mensch und Maschine unmittelbar miteinander kommunizieren, wie der Mensch seine Anweisungen an die Maschine übermittelt und wie die Maschine die Anweisungen befolgt und die Ergebnisse präsentiert. Mit dem Human Machine Interface beschäftigen sich verschiedene Wissenschaften, wie die Psychologie, die Informatik und die Kognitionsforschung. Aber auch die Ergonomie, insbesondere die Software- und die Systemergonomie, haben einen maßgeblichen Anteil daran, dass das Human Machine Interface benutzerfreundlich ist.

 

Hinweis: Unsere Berichte sind oft sehr ausführlich. Daher bieten wir an PDF „HMI“ eine Zusendung des Artikels im PDF-Format zur späteren Sichtung an. Nutzen Sie das Angebot um sich die Praxis-Impulse in Ruhe durchzulesen, Sie können hierfür auch einfach auf das PDF-Symbol klicken.

 

Die Entwicklung des Human Machine Interface

Das Human Machine Interface begleitet den Menschen schon seit Jahrtausenden, seitdem es die erste Maschine gibt. Die größte Veränderung und gleichzeitig die größte Herausforderung ist die steigende technische Komplexität und das damit verbundene steigende Fachwissen, dass ein Anwender benötigt, um die Benutzerschnittstelle zu bedienen. Teilweise wurde das HMI so komplex, dass es von einem Laien nicht mehr durchschaubar war. Erst mit dem Einzug der Elektronik in die industrielle Fertigung wurde die Bedienung der Maschinen wieder deutlich einfacher. Hydraulik- und Elektroantriebe machten die Maschinen leistungsstärker, ungefährlicher und konnten vom eigentlichen Ausstellungsort entkoppelt werden. Dies geschah ungefähr in den 1920er Jahren. Mit nur wenigen Handbewegungen konnten große Wirkungen bei Maschinen ausgelöst werden, die nicht in direkter Nähe zum Menschen standen. Somit hat das Human Machine Interface einen entscheidenden Beitrag zur Maschinensicherheit geleistet.

Mit der Zeit wurden die Industrie-Steuerungspulte immer komplexer, mit mehr Knöpfen, Schaltern und Reglern. Dadurch litt die Benutzerfreundlichkeit. In den 1980ern wurde der Umgang mit Tastatur und Bildschirm zunehmend zum Arbeitsalltag von Bürokräften und Facharbeitern. Zu dieser Zeit begann die EDV in die Fabriken einzuziehen. Die programmgesteuerten Human Machine Interfaces waren benutzerfreundlicher und leistungsfähiger als die zuvor verwendeten Systeme. Zudem haben die Anzeigen einen starken Wechsel erlebt. Die ersten Anzeigen waren Armaturen, die an Druck- oder Durchflussventile gekoppelt waren. Dadurch musste der Bediener häufig weite Wege laufen. Durch die Elektronik wurden dann die hydraulisch und pneumatisch gesteuerten Anzeigen durch Lichtsignale und Anzeigetafeln ersetzt. Diese wurden meist weit von der eigentlichen Maschine aufgestellt.

Eine gewisse Dynamik gewannen die Anzeigen erstmals durch Kathodenstrahlröhren und den ersten programmbasierten Steuerungssystemen. Dadurch wurde der Wechsel zwischen zwei Programmen oder das Einspielen neuer Programme ermöglicht. Zum Ende der 1990er Jahre wurden die Kathodenstrahlröhren dann durch TFT-Anzeigen ersetzt, da diese zuverlässiger waren und eine wesentlich geringere Baugröße hatten. Noch heute sind diese bei vielen Anlagen Standard. Die Touchscreens lösten anschließend die bisherige Anzeigetechnik ab, und setzten einen neuen Standard für das zukünftige Human Machine Interface. Sie bieten mit ihren wisch-, skalier-, und scrollbaren Bildschirmanzeigen unzählige Programmfunktionen. Allerdings werden sie in der Industrie noch nicht so häufig eingesetzt, da sie sehr anfällig sind, leicht verschmutzt werden und komplizierter zu reparieren sind. Auch sind robuste Industrie-PCs in der Regel um einen deutlichen Faktor teurer als der klassische Computer, welcher seit dem Computereinzug in den Fertigungshallen im Einsatz ist.

 

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Die Zukunft der Human Machine Interface

Es erwarten uns einige neue Entwicklungen bei der Human Machine Interface. Die Forschung möchte mithilfe von berührungslosen Eingabebefehlen die HMI sicherer und langlebiger machen. Dabei gibt es drei verschiedene Möglichkeiten für den Menschen: die Eingabe via Gestik, Mimik oder Sprache. Vor allem die sprachgesteuerten technischen Systeme werden heutzutage bereits im Alltag genutzt. Die wohl bekanntesten Beispiels hierfür sind Cortana von Microsoft oder Alexa von Amazon. Allerdings ist es momentan noch schwer zu sagen, inwiefern diese Methode in den meist lauten industriellen Anlagen angewendet werden soll. Neben dem Lärmpegel wird der Faktor Sicherheit kritisch hinterfragt. Die Gestik hingegen befindet sich noch weitgehend in der Entwicklung. Um eine Maschine einwandfrei bedienen zu können, ist eine gute Körperbeherrschung des Anwenders erforderlich. Hierbei kann es jedoch zu Missverständnissen kommen. Momentan mangelt es den Anwendungen noch an der nötigen Präzision. Auch die Mimik stellt die Entwickler vor große Probleme. Bisher konnten die im Experimentierstadium befindlichen Ansätze noch nicht richtig glänzen.