Wie man mit HMI ein besseres Landwirtschaftssystem aufbaut

Rob Spiegel | 19. Mai 2023

Die Landtechnik hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Große Automatisierungsprojekte machen die Landwirtschaft produktiver und vorhersehbarer. Neue Systeme, die Robotik und Fernüberwachung umfassen, machen das Rätselraten beim Pflanzen, Kultivieren und Ernten von Pflanzen weitgehend überflüssig.

Die Pandemie hat den Bedarf und die Entwicklung von Fernzugriff erhöht. Dies erwies sich während der Pandemie als großer Vorteil, als Reisebeschränkungen es Ingenieuren erschwerten, Baustellen oder Anlagen zu besuchen.

Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) haben eine große Rolle bei der Automatisierung der Landwirtschaft gespielt. Wir haben uns mit Dominique Burkard, Manager für Industrie- und UX-Design bei EAO, getroffen, um Einzelheiten darüber zu erfahren, wie neue HMI-Technologie die Landwirtschaft in die Zukunft führt.

Design News: HMI scheint in der intelligenten Landwirtschaft eine besonders große Rolle gespielt zu haben.

Dominique Burkard : HMIs werden in der automatisierten Landwirtschaft eingesetzt, um Geräte zu überwachen und zu steuern und die Landwirtschaft effizienter und produktiver zu machen. Bei der Bedienung landwirtschaftlicher Fahrzeuge und Maschinen steht der Benutzer im Mittelpunkt. Komplexe Steuerungssysteme im Agrarbereich sind für unterschiedlichste Einsatzzwecke konzipiert. Entsprechend hoch und vielseitig sind die Ansprüche an die Eigenschaften der HMIs:

Grobe Konzeptskizze für das landwirtschaftliche Cockpit.

DN: Unterstützt HMI Ingenieure bei der Fernüberwachung von Abläufen? War dies eine Notwendigkeit während der Pandemie oder hat sich die Technologie bereits logischerweise in diese Richtung entwickelt?

Dominique Burkard : Die Digitalisierung hat zweifellos eine wichtige Rolle dabei gespielt, Ingenieuren dabei zu helfen, Abläufe mithilfe von HMIs aus der Ferne zu überwachen und zu steuern. Aus meiner Sicht denke ich, dass die Pandemie den Bedarf und die Entwicklung von Fernzugriff verstärkt hat. Dies erwies sich während der Pandemie als großer Vorteil, als Reisebeschränkungen es Ingenieuren erschwerten, Baustellen oder Anlagen zu besuchen. Allerdings hat sich die Technologie schon früher in diese Richtung entwickelt, da Fernzugriffsfunktionen in der Branche immer beliebter werden. HMI-Systeme stellen nun Echtzeitdaten für Fernbediener bereit und ermöglichen ihnen so die Überwachung vorbeugender Wartungssysteme und die Steuerung von Geräten von einem entfernten Standort aus.

Berichtskontrolle.

DN: Erklären Sie, wie HMI zur funktionalen Sicherheit industrieller Abläufe beitragen kann.

Dominique Burkard : Die funktionale Sicherheit reduziert inakzeptable Risiken, die durch zufällige elektronische Systemfehler verursacht werden, auf ein akzeptables Maß. Dabei handelt es sich um Risiken, die zu Personenschäden, also nicht zu Sachschäden, führen können. Unter funktionaler Sicherheit versteht man die Anwendung und Einhaltung bestimmter Standards, um sicherzustellen, dass der ordnungsgemäße Betrieb von Sicherheitsfunktionen überwacht wird. Im Fehlerfall reagiert das System und versetzt die Anwendung in einen sicheren Zustand, indem es sie stoppt oder den Benutzer benachrichtigt.

Traditionelle Mechanismen werden zunehmend durch intelligente Elektronik ersetzt, und intelligente Lösungen ersetzen sogar mechanische Aktuatoren und Anzeigen in Schwerlast- und Spezialfahrzeugen. CAN-Bussysteme (Controller Area Network) sind in der Lage, mehr als hundert Busteilnehmer miteinander zu verbinden: Daten und Informationen werden über gemeinsame Leitungen übertragen, wodurch die Anzahl der Kabelbäume sowie das damit verbundene Gewicht – und die damit verbundenen Kosten – reduziert werden. Gleichzeitig erweitern diese Datenbusse auch die technischen Möglichkeiten der Fahrzeuge zum Nutzen ihrer Nutzer und Betreiber.

Der Nachteil besteht darin, dass die zunehmende Komplexität dieser Elektronik zu neuartigen Fehlfunktionen führen kann. Um die beabsichtigten Informationen zu verfälschen, reicht es aus, dass während der digitalen Datenübertragung ein Bit von 0 auf 1 wechselt und die Anwendung möglicherweise in einen unbeabsichtigten Zustand versetzt wird – mit möglicherweise verheerenden Folgen, wenn Sicherheitskomponenten betroffen sind. Hier kommt die funktionale Sicherheit ins Spiel. Davon können nicht nur hochkomplexe Anwendungen profitieren, sondern auch einfache oder scheinbar unkritische, wie zum Beispiel Fensteröffner oder Lichtschalter.

Funktionssicherheit.

Robuste CAN-Tastaturen der Serie 09 für Anwendungen mit funktionaler Sicherheit. Die robusten CAN-Tastaturen zeichnen sich durch hohe Zuverlässigkeit aus und sind für funktionale Sicherheit gemäß den Normen EN ISO 13849 PL d und ISO 26262 ASIL B ausgelegt. Diese robusten Steuergeräte mit flexibler Beleuchtung sind ideal für den Einsatz in Schwerlast- und Sonderfahrzeuganwendungen geeignet.

DN: Welche kundenspezifischen Designs sehen Sie, um bestimmten Anwendungen gerecht zu werden?

Dominique Burkard : Kundenspezifische Designs oder Konfigurationen von HMI-Anwendungen sind immer wichtiger. Benutzer können HMI-Systeme an bestimmte Anwendungen anpassen, um sie effizienter und benutzerfreundlicher zu machen. Beispielsweise kann ein HMI-System zur Steuerung und Überwachung einer bestimmten Maschine konzipiert sein, wobei die Schnittstelle für die Anzeige relevanter Daten für diese Maschine ausgelegt ist. Über kundenspezifische HMI-Schnittstellen können auch mehrere Maschinen integriert werden, sodass Bediener sie über eine einzige Schnittstelle überwachen und steuern können. Intelligente haptische HMIs unterstützen Benutzer bei ihrer Arbeit, geben taktiles und visuelles Feedback und können so als Prozessführung und Statusanzeige dienen.

Hier ist ein Beispiel für ein intelligentes HMI mit Funktionalitäten wie den EAO-Tastaturen der 09er-Serie. Diese HMIs können über entsprechende CANopen /J1939-Schnittstellen frei programmiert werden. So lässt sich ein maßgeschneidertes HMI auf unterschiedliche Weise nutzen:

Beispiel einer kundenspezifischen HMI.

Ein weiteres Beispiel für ein maßgeschneidertes HMI.

DN: Wo sehen Sie die Zukunft der HMI-Technologie?

Dominique Burkard : Auch in Zukunft wird sich die HMI-Technologie durch die fortschreitende Digitalisierung weiterentwickeln, wobei Echtzeitdaten, Vernetzung und Augmented Reality eine immer größere Rolle spielen. HMI-Schnittstellen werden im Hinblick auf die situative Anpassung benutzerfreundlicher, wobei Funktionen wie Spracherkennung und natürliche Gesten oder die Kombination mehrerer Eingabeoptionen, bei denen Hände und Augen verwendet werden, immer häufiger eingesetzt werden. Durch die Integration künstlicher Intelligenz im HMI können Bediener fundiertere Entscheidungen auf der Grundlage von Datenanalysen treffen. Darüber hinaus wird die HMI-Technologie eine wichtige Rolle bei der Entwicklung intelligenter Systeme spielen, in denen Funktionen und Prozesse zunehmend miteinander vernetzt sind, was eine stärkere Automatisierung und Steuerung der Interaktion ermöglicht.

Bei der Frage, ob es in Zukunft noch haptische Schalter geben wird, gehe ich von einer Mischung aus Smart-Touch-Bedienung und haptischen Elementen (insbesondere für sicherheitsrelevante Funktionen) aus. Aus meiner Sicht und Erfahrung gibt es immer noch kein besseres taktiles und akustisches Feedback als das Drücken und Fühlen eines Druckknopfes.

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