Tablet war gestern

In der von Automatisierung und Technologie geprägten Produktionswelt wandelt sich die Rolle der Mitarbeiter. Die aktive, produktive Tätigkeit tritt in den Hintergrund. In den Mittelpunkt des Tagesgeschäfts rückt die effektive Überwachung und Steuerung der automatischen Prozesse. Kernfrage ist: Taugen die etablierten Bedienkonzepte und -philosophien noch für die künftigen Smart Factories?

Zweifellos werden mobile Informationseinheiten ein wesentlicher Bestandteil dieser Strukturen sein, vorausgesetzt Maschinenmodule, Teilanlagen und Produktionslinien können ihre Informationen flexibel bereitstellen. Das bedingt eine Standardisierung, wie sie sich die OPC Foundation mit der Unified Architecture OPC UA zur Aufgabe gemacht hat. Das Machine-to-Machine (M2M) Kommunikationsprotokoll bietet eine sichere, verlässliche und service-orientierte Architektur, um Maschinen- beziehungsweise deren Prozessdaten von der Produktionsanlage zu den Überwachungs- und Steuerungssystemen zu transportieren. Die entsprechenden Daten werden von einem XML-basierten Server mittels TCP-Protokoll an Clients übertragen.

Der Zugriff auf die Daten eines OPC-UA-Servers als App für mobile Endgeräte implementiert, wäre eine interessante Möglichkeit, um unabhängig vom Standort die wichtigsten Informationen einer Maschine oder einer Produktionslinie immer im Blick zu haben und, wenn nötig und zulässig, sogar regulierend eingreifen zu können – und das aufgaben- und rollenbasiert für den Maschinenführer, Schichtleiter und Instandhalter.

Die Daten, die der Maschinenpark einer Fabrik via OPC UA bereitstellt, können den Technikern nur dann effektiv einen Mehrwert bei der Bedienung und Steuerung bieten, wenn die richtigen Informationen im richtigen Moment abrufbar sind. Dabei unterstützen aktuelle Entwicklungen im Bereich der mobilen Endgeräte.

In einem solchen, hochintegrierten System soll das Smartphone dem Techniker, wenn er sich einer Maschine oder dem Kontrollfeld nähert, automatisch die passende Ansicht präsentieren. Die Erkennung des Umfelds kann zum Beispiel über Bluetooth Low Energy (BLE) Beacons geschehen. Für jeden Arbeitsplatz kann somit eine individuelle Ansicht erstellt werden, die alle relevanten Prozesswerte und Kontrollfunktionen enthält und sich dynamisch der aktuellen Arbeitsumgebung des Benutzers anpasst.

Für komplexere Aufgaben, wie die Konfiguration einer Maschine, lassen sich speziell auf die einzelnen Arbeitsschritte zugeschnittene Dialogfolgen bereitstellen. Bei der Einrichtung der Maschine für den nächsten Auftrag ruft der Maschinenführer die entsprechende App auf und wird Schritt für Schritt durch alle zu beachtenden Parameter geführt. Wurden alle Einstellungen vorgenommen, erfolgt die Übertragung der Konfiguration via OPC UA zur Maschine.

Die offene Struktur von OPC UA ermöglicht es, neue Endgeräte in das System zu integrieren und mit den Entwicklungen der Kommunikationstechnologie Schritt zu halten. Smartwatches, die sich mit jeder Gerätegeneration zu einer ernstzunehmenden Produktkategorie weiterentwickeln, können so ihre Vorteile auch in der Produktion von morgen ausspielen. Benachrichtigungen über kritische Maschinenzustände finden ihren Weg ans Handgelenk. Auch schnelle Einstellungsänderungen sind damit möglich, ohne jedes Mal umständlich zum Smartphone greifen oder gar zum fest installierten Bedienfeld an der Maschine laufen zu müssen. Head Mounted Displays (HMD) bringen Informationen auf den nächsten Level: Sie blenden Daten direkt in das Sichtfeld des Trägers ein. Auch der Einsatz von Datenbrillen wie Google Glass und ihrer Nachfolger wird durch die herstellerunabhängigen Standards unterstützt. Damit hat der Bediener seine Maschinen stets im Blick und trotzdem die Hände frei.

Insbesondere für komplexere Steuerungsaufgaben, die mehr Interaktion erfordern, ist davon auszugehen, dass die Rolle des Smartphones weiter an Bedeutung gewinnt. Selbst die vollständige Steuerung von Maschinen ist mit den richtigen Anwendungen vorstellbar. Müssen mehrere Informationen auf einen Blick erfasst werden, bieten Tablets die Leistungsfähigkeit moderner Smartphones mit dem Komfort großer Bildschirme.

Doch Tablets können nicht nur als persönliche Begleiter, die einem Mitarbeiter fest zugeordnet sind, zum Einsatz kommen. Im sogenannten Kiosk-Modus, bei dem ausschließlich die Visualisierungs-App läuft, eignen sie sich ebenso, um fest installierte, einheitliche Bedienstationen zu realisieren. Die Zukunft der Bedienung liegt in solchen spezialisierten Softwarelösungen. Allerdings erfordert die Umsetzung dieser Konzepte in der Regel substanzielle Investitionen in die Software. Ein Hindernis, das die Firma Bitstars aus Aachen mit dem Tool Holo Builder ausräumen will. bf

Grundlage des Holo Builders ist eine webbasierte Plattform zur intuitiven Erstellung von Industrie-Apps mit 2D/3D-Inhalten. Die bereitgestellte Anwendung läuft vollständig online und verlangt, abgesehen von einem modernen Webbrowser, keine speziellen Voraussetzungen. Gängige 3D-Modelle, etwa Wavefront (.obj) oder Collada (.dae), können per Drag-and-Drop in die grafische Benutzeroberfläche importiert, anschließend positioniert, animiert und mit Hinweisen versehen werden.

Angelehnt an das etablierte und einfache Bedienkonzept von Microsoft PowerPoint sind die Erstellungsmöglichkeiten nicht nur auf 3D-Inhalte beschränkt: Textelemente und Checklisten, die in einer Bedienfolge abzuhaken sind, lassen sich ebenfalls umsetzen. Somit können ohne Programmierkenntnisse individuelle Apps erstellt werden. Die notwendigen Maschinendaten integriert das Tool über OPC-UA-Module – in Holo Builder heißen sie Karten. Die Ansichten bestehen wiederum aus einer beliebigen Kombination der darstellenden Elemente und interaktiven Komponenten.

Zur Verfügung steht ein breites Spektrum an Karten, sowohl für die Produktionsüberwachung in Echtzeit als auch für Steuerungseingriffe mittels interaktiver Benutzereingaben direkt in den in HoloBuilder erstellten Apps. Auch für die Archivierung und Visualisierung historischer Werte gibt es entsprechende Karten. Die OPC-UA-Server der Maschinen kommunizieren über das firmeninterne Netzwerk mit den autorisierten Android-Endgeräten, um diesen ihre Daten zur Verfügung zu stellen. Auf diesen werden die im Browser erstellten Ansichten dann in einer eigenen Player-App dargestellt und erlauben den standortunabhängigen Zugriff auf diese Informationen, wenn freigeschaltet auch mit direkten Steuerungsmöglichkeiten.

Im Fall der Maschinensteuerung liefert der OPC-UA-Server die entsprechenden Daten an die mobilen Geräte. Soll eine App zur Visualisierung und Steuerung erstellt werden, reicht es aus, die entsprechenden Prozesswerte den Bedienelementen (Karten) in der Weboberfläche zuzuordnen. Das Tool stellt hierfür die unterschiedlichsten Varianten zur Verfügung.

Mit Holo Builder lassen sich detaillierte Abläufe schrittweise, anschaulich und verständlich darstellen: Von technischer Dokumentation oder Bedienungsanleitungen bis hin zu vollständigen Bedienoberflächen zur Darstellung von Maschineninformationen. Somit können ohne Programmierkenntnisse für jeden Einsatzzweck und für verschiedene Nutzerrollen individuelle Anwendungen zur Verfügung gestellt werden.