Auf Contextual HMIs upgraden: Effizienzsteigerung gegenüber traditionellen stationären Interfaces

In den letzten Jahren haben stationäre HMIs Schwierigkeiten, mit den Erwartungen mobiler Bedieter Schritt zu halten, was zu einer Lücke führt, die schnell von fortschrittlicheren Contextual HMIs gefüllt wird. Das Problem wurzelt in mangelnder Effizienz. Beispielsweise verschwenden Wartungsingenieure kontinuierlich Zeit zwischen der Inspektion des stationären HMI und dem physischen Standort, an dem sich das Asset befindet. Es gibt mehrere Fälle, in denen die Wartung auf der gegenüberliegenden Seite des Assets vom Standort des stationären HMI-Displays durchgeführt werden muss. Dies tritt üblicherweise während Troubleshooting, Diagnostik, Inbetriebnahme oder Gerätewechsel auf, wenn der Bediener die Zustandsparameter des Assets verifizieren muss.

Mobilität ist eines der wertvollsten Merkmale von Contextual HMIs für Ingenieure und Bediener. Ein Arbeitsplatz-HMI verwendet normalerweise einen Webbrowser, aber mit Contextual HMIs wird die Schwierigkeit beseitigt, einen viel größeren Bildschirm auf einem mobilen Gerät zu durchsuchen. Per Definition bedeuten Contextual HMIs, dass das Display angepasst wird gemäß den Gerätespezifikationen des Arbeiters, passend zur auszuführenden Arbeit.

Die spezifischen HMI-Komponenten, die auf dem Display des Bedieners angezeigt werden, werden über einen Contextual Mobility Server auf sein/ihr Gerät gepusht, der den Standort und die Zugriffsebene des Benutzers kennt. Dies geschieht nur, wenn der Arbeiter sich in einem spezifizierten Bereich des zu wartenden/einzurichtenden Geräts befindet. Aus Sicherheitsgründen ist es imperativ, dass das Gerät nach einem bestimmten Zeitrahmen oder Nähelevel automatisch vom HMI-Service entfernt wird.

Ein Werksleiter kann den vollen Vorteil von Contextual HMIs nutzen, wenn die bereitgestellte Infrastruktur nicht mit Komplexitäten gespickt ist. Mobile Geräte bilden den Kern der Contextual-HMI-Infrastruktur. Mit Fortschritten in Mobiltechnologien sind Geolokalisierung und drahtlose Konnektivität in Geräten erschwinglich verfügbar, was es machbar macht, ein dynamisches und kontextuelles HMI basierend auf der Nähe des Arbeiters zu einem geografischen Bereich bereitzustellen. Die Definition eines „geografischen Bereichs“ ist vage und liegt bei den Facility Managern; eine Zone kann ein Raum, ein Stockwerk oder die gesamte Anlage sein, oder es kann nur wenige Meter um das betreffende Gerät herum sein.

Geografische Zonen können mit Hilfe von Geo-Tags wie Near Field Communication (NFC), Bluetooth Low Energy Beacons (iBeacons) oder QR-Codes entworfen werden, die strategisch um Assets platziert werden, um kontextuelle HMI-Pushes an mobile Geräte auszulösen. Als Nächstes muss eine sichere Proximity-Services-Mobilanwendung entwickelt werden, die Identifikation von den Geo-Tags empfängt, wann immer der Bereichsradius verletzt wird. Wenn mehr als ein Gerät innerhalb eines spezifischen Bereichs verwendet werden muss, wird ein Geo-Tag mit stärkerem Signal benötigt. Das Konzept wird als „Geo-Fencing“ bezeichnet und ermöglicht Steueraktionen basierend auf der Zone, in der sich der Bediener befindet.

Die Reihenfolge der Operation ist wie folgt:

• Das mobile Gerät führt die Anwendung aus, die Kommunikation herstellt mit dem Contextual Mobility Server unter Verwendung eines Standard-IP-Protokolls über Wi-Fi oder Mobilfunknetz.
• Der Contextual Mobility Server evaluiert die Anfrage und authentifiziert den Benutzer.
• Basierend auf der Authentifizierungsebene pusht der Server die notwendigen Informationen und Steuerungen an das mobile Gerät.
• Die gepushten Informationen und Steuerungen passen gemäß den Anzeigefähigkeiten des mobilen Geräts.

Es sei angemerkt, dass weder der Contextual Mobility Server noch die mobile App direkt mit dem Asset kommunizieren. Die Rolle der Überwachung, Steuerung und Automatisierung verbleibt beim Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) oder Building Management System (BMS), wobei der Contextual Mobility Server als Intermediate fungiert. Er empfängt Eingaben vom mobilen Gerät, die er dann an SCADA/BMS über OPC oder andere kompatible Protokolle weiterleitet.

Die gesamte Infrastruktur ruht auf zwei Technologien:

• Contextual Mobility Server
• Contextual Logic Engine

Der Mobility Server ist verantwortlich für die Pflege einer Datenbank, die Geo-Zonen, Benutzerprofile und Informationen zu Gerätesteuerungen, Aktionen und Ereignissen verfolgt. Die Contextual Logic Engine führt alle Authentifizierungen durch und generiert geeignete Aktionen für die Verteilung von Informationen an das mobile Gerät. Dies kann Ressourcen wie Schaltpläne, Zeichnungen etc. umfassen, die Bediener benötigen, um ihre Aufgabe zu erfüllen.

Durch Contextual HMIs sind Bediener und Wartungspersonal in der Lage, ihre Aufgaben effektiver zu erledigen, durch größere Situationsbewusstsein und intelligente Steuerung. Erforderliche Informationen werden automatisch an das mobile Gerät gepostet, sobald der Server erkennt, dass der Benutzer die Geo-Zone betreten hat und alle Authentifizierungsverfahren erfüllt sind. Dies eliminiert die Notwendigkeit, ein HMI für das Asset zu designen, samt dem Aufwand, einen Monitorschirm zu installieren, der letztlich an einem ungeeigneten Ort sein wird. Wenn ein Fehler auftritt, kann der nächstgelegene Techniker gerufen werden, der nichts weiter als sein/ihr mobiles Gerät benötigt, um Troubleshooting durchzuführen. Im Gegensatz dazu kann Wartung knifflig werden, wenn der HMI-Bildschirm selbst bei einem Unfall beschädigt wird.

Die Contextual-Mobility-Infrastruktur wäre unvollständig ohne ein privates und vor allem sicheres Messaging-System, da es Bedienern ermöglicht, Informationen untereinander sowie mit der Leitstelle auszutauschen. Die Funktionalitäten des Messaging-Systems müssen nicht fortgeschritten sein, sollten aber mindestens Text, Fotos, Videos und Audiokommunikation umfassen.

Ein integriertes Messaging-System ist nützlicher als Drittanbieter-Software, da es Produktivität steigert. Benutzer müssen nicht zwischen Bildschirmen wechseln oder sich Sorgen um Offenlegung vertraulicher Informationen machen, und die Nachrichten können ein permanenter Teil des Operations- & Wartungsprotokolls werden. All dies ist mit Drittanbieter-Apps nicht möglich. Darüber hinaus ermöglicht elektronisches Messaging, Nachrichten an spezifizierte Zugriffsgruppen oder Einzelpersonen zu richten, was wiederum vom Werksleiter überwacht werden kann.

Eine Contextual-Mobility-Infrastruktur wäre nur erfolgreich, wenn mobile Geräte in allen Standorten Netzwerkzugriff haben. Schlechte Signalstärke kann zu Unterbrechungen oder Trägheit führen, die den Zweck von Contextual HMIs vereiteln würden. Daher sollte das Design neben der effektiven Platzierung von Geo-Tags die Arbeitslast berücksichtigen, der ein bestimmtes Asset ausgesetzt sein wird, und die Fähigkeiten der Netzwerkinfrastruktur entsprechend wählen.

Zuletzt kann der hohe Einsatzkosten einer Contextual-HMI-Lösung ein hinderlicher Faktor sein, jedoch werden die langfristigen Vorteile wie Eliminierung stationärer HMIs, gesteigerte Produktivität und verbesserte Sicherheit den Vorteil ausgleichen.