Kundenspezifische Fertigung Ein komplettes HMI-System aus einer Hand

Autor / Redakteur: Uwe Glaser * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Von der Planung bis zum fertigen Eingabesystem: aki-hmi unterstützt seine Kunden, wenn es um die Projektierung eines Eingabesystems geht. Der Service reicht bis zur Gesamtmontage.

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Ein Touchsystem auf Basis der projektiv-kapazitiven Eingabemethode mit partiellem Optical Bonding.
Ein Touchsystem auf Basis der projektiv-kapazitiven Eingabemethode mit partiellem Optical Bonding.
(Foto: aki-hmi)

Eine HMI-Gesamtlösung für die Automatisierungs- und Medizintechnik ist eine komplexe Angelegenheit und funktioniert nur in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden. Dabei wird die gesamte Industriealisierung der stationären oder mobilen Eingabegeräte von aki-hmi mit den sogenannten Designmeilensteinen realisiert: Herstellung, Kosten, Prüfkonzept und Logistik. Schwerpunkte bilden dabei die Vorgaben und Bedürfnisse des Anwenders im abgestimmten gesamtheitlichen Ansatz. Dadurch werden bereits in der Entwicklungsphase kostengünstige Lösungen betreffend der Komponenten und der Produktionskosten erarbeitet. Die Erstellung von Prüfkonzepten, FMEA, Prozessvalidierungen und die eigentliche Produktqualifikation sind wesentliche Aspekte des integrierten Qualitätssystems. Für den Serienbedarf stehen die entsprechenden Logistiklösungen beginnend mit Verpackungslösungen über Labelling bis zu Lieferkonzepten wie Kanban und Lagerkonzepte (Konsignationslager) zur Erfüllung der spezifischen Kundenbedürfnisse zur Verfügung.

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Lösungen für mobile und stationäre Geräte

Bis ein Eingabesystem eingesetzt werden kann, ist es ein langer Weg. Kundenspezifische HMI-Gesamtlösungen sowohl für mobile als auch stationäre Anwendungen müssen gut geplant und dimensioniert werden. Die offensichtliche Frage nach der gewünschten Eingabemethode ist nicht allein entscheidend. Genauso wichtig ist die Wahl der Software oder die der mechanischen Komponenten. Und schließlich muss geklärt werden, das die Geräte auch eine elektromagnetische Verträglichkeit garantieren können. Abgerundet wird das Angebot durch ein Netz unabhängiger Hersteller und Lieferanten.

Die verschiedenen Komponenten des Eingabesystems

Ein Eingabesystem besteht meist aus folgenden Komponenten:

  • Elektronikeinheit: Embedded Computer als Singleboard oder COM-Modul plus Baseboard, Peripheriemodule wie Kamera, Mikrofon oder Bluetooth-Modul.
  • Eingabemodul: Touchscreen resistiv oder projektiv-kapazitiv plus Display, kapazitive Tastatur, Folientastatur, mechanische Tastatur
  • Mechanik, Gehäuse: aus Metall oder Kunststoff
  • Gesamtmontage des Gerätes

Die Auswahl der Komponenten wird bestimmt über die notwendige Applikationsleistung, Speichergrösse bzw. welches Betriebssystem (Linux oder Android) gefordert ist. Vor allem bei mobilen Geräten ist der Strombedarf bei der Auswahl des geeigneten Prozessors wie beispielsweise ARM-Cortex und weiterer der Kernbauteile einzubeziehen. Zu den wichtigen Auswahlkriterien für ein geeignetes Display gehören die Anforderungen betreffend Technologie, Auflösung, Betrachtungswinkel und die Definition der Schnittstelle zum Rechner (RGB oder LVDS).

Zusätzlich sind die notwendigen Stecker und Ports zu definieren. Mechanische Abmessungen, wie der verfügbare Bauraum und Anforderungen an die Betriebstemperatur sowie die Umgebungsbedingungen sind ebenfalls zu berücksichtigen. Ein weiterer Schritt in der Realisierung des Projektes ist die kundenspezifische Entwicklung bzw. Modifikation des Baseboards mit den erforderlichen Schnittstellen wie USB, I²C, UART, sowie die Abstimmung aller weiteren Hardwarekomponenten wie Kamera, Mikrofon, Bluetooth oder RFID-Sensor.

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Die Konstruktion der Leiterplatte mit Prozessor und den weiteren Bauteilen wird den Gegebenheiten angepasst. Die vorgesehene weitere Elektronik vom Netzadapter bis zur Geräteperipherie wird konstruktiv berücksichtigt. Bei der Softwaregestaltung wird die Anpassung des BSP (Basic Support Package) an das Betriebssystem - typischerweise Linux Embedded oder alternativ Android – vorgenommen. Abgerundet werden die Dienstleistungen durch die Vorinstallationen der Applikationssoftware oder Web-Kit-Lösungen. Ein nicht zu vernachlässigender Aspekt ist die Abstimmung der Elektronik auf die Elektromagnetische Verträglichkeit und ihre Einhaltung. Die dazu notwendigen Auswertungen und Optimierungen führt aki-hmi zum Teil selbst durch und arbeitet parallel mit Dienstleistern zusammen. Weitere notwendige Tests für die Sicherstellung der Funktion unter besonderen Umgebungsbedingungen, werden ebenfalls extern beauftragt.

Dateneingabe mit Folien- und kapazitive Tastaturen

Für die Eingabe von Daten oder Befehlen stehen neben den traditionellen Varianten wie mechanischen Tasten und Folientastaturen in zunehmendem Umfang kapazitive Tastaturen und Touchscreens diverser Technologien zur Auswahl. Anforderungsspezifisch werden häufig Kombinationen verschiedener Eingabetechnologien in einem Gerät realisiert. So können bei komplexen Steuerungen fixe und häufig benötigte Befehle über eine Folientastatur erfolgen, während parallel seltener benutzte und menüabhängige Funktionen über einen in der Folientastatur integrierten Touchscreen erfolgen. Eine weitere, von aki bereits häufig realisierte Variante, ist die Kombination von kapazitiven Tasten mit einem projektiv kapazitiven Touchscreen unter einem gemeinsamen Schutzglas. Bei beiden Touch–Tasten- Kombinationen ist die Integration von homogen beleuchteten Tasten State of the Art. Die homogene Ausleuchtung erleichtert die Benutzerführung und erhöht die dargestellte Wertigkeit des HMI.

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