Transferprojekte testen Gestensteuerung und Funk für Sensorik

| Redakteur: Sariana Kunze

Im Projekt wurde unter anderem eine Touch-Steuerung erprobt. Als Alternative konnten die Probanden eine Gestensteuerung nutzen.
Im Projekt wurde unter anderem eine Touch-Steuerung erprobt. Als Alternative konnten die Probanden eine Gestensteuerung nutzen. (Bild: Citec Universität Bielefeld)

Konkrete Herausforderungen von Industrie 4.0 lösen: Das ermöglicht das Spitzencluster it's OWL kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) in Transferprojekten. Die KMUs können neue Technologien für die intelligente Produktion erproben. Aktuell geht es um intelligente Bedienkonzepte und neue Funktechnologien für Sensoren.

In Hollywood-Blockbustern ist die Gestensteuerung schon seit Jahren Normalität. Egal ob James Bond oder Ethan Hunt – bei den Actioncharakteren genügt oftmals eine Geste zur Steuerung. Was lange Zeit noch Fiktion war, ist heute Realität: So steuerte z.B. James Bond sein Auto vor 20 Jahren in „Der Morgen stirbt nie“ per Handy. Heute lässt sich der Bordcomputer der BMW-7er-Reihe mit Wisch- und Winkbewegungen bedienen. Klingelt das Autotelefon, so genügt etwa ein Wischen über den Bereich des Mitteltunnels, um das Gespräch abzulehnen. Und nicht nur das: Die Gestensteuerung hält mittlerweile auch Einzug in die Industrie.

Battenfeld-Cincinatti hat beispielsweise mittels eines Transferprojekts des Spitzenclusters it's OWL mit der Universität Bielefeld ein Bedienkonzept für die Steuerung von Extrusionsanlagen entwickelt. Diese Anlagen für die kunststoffverarbeitende Industrie sind mit einer grafischen Nutzerschnittstelle ausgestattet, die es ermöglicht, über eine Vielzahl von Funktionen den Produktionsprozess zu steuern und zu überwachen. Durch die zunehmende Komplexität der Funktionen wird eine übersichtliche bzw. intuitive Bedienung der Anlagen immer schwieriger. Zudem erlaubt das am Extruder fest montierte Bedienpanel während des Anfahrens keine Bedienung der Anlage aus der Distanz. Erschwerend kommt hinzu, dass während des Anfahrprozesses zeitweise dicke Schutzhandschuhe getragen werden.

In dem Projekt wurde der Einsatz moderner Eingabetechnologien wie Multitouchgestik und berührungslose Gestik untersucht. Die Nutzerführung sollte mit dem Ziel einer hohen Usability optimiert und gleichzeitig die kognitive Belastung der Nutzer gering gehalten werden. In einem systematischen Konzeptionsprozess nach dem Ansatz des „User Centered Design“ entstand ein auf Nutzerbedürfnisse optimierter Prototyp, der sowohl per Multitouch als auch mit Freihand-Gesten bedienbar ist. Durch Interviews mit Kunden wurden deren Probleme mit dem bestehenden System identifiziert sowie Vorstellungen und Wünsche an die zukünftige Bedienung ermittelt. Die alternativen Eingabetechnologien Multitouch und Freihandgestik wurden in einer vergleichenden Studie evaluiert. Dabei kamen verschiedene Usability-Metriken wie Time on Task, Task Success, Task Accuracy, Usability, User Experience und empfundene kognitive Belastung der Nutzer zum Einsatz.

Gestenerkennung noch nicht zufriedenstellend

Die Probanden bewerteten die kognitive Belastung bei der Touch-Steuerung deutlich niedriger als bei der gestenbasierten Interaktion. Auch die Usability der Touch-Steuerung wurde als signifikant besser eingeschätzt. Die gestikbasierte Maschinensteuerung trifft zwar den Bedarf der Bediener, aber die verfügbare Technik zur Gestenerkennung ist noch nicht zufriedenstellend. Battenfeld-Cincinatti wird das neue User-Interface bei ausgewählten Extrusionsanlagen einsetzen und auch für andere Maschinen verfügbar machen. Die entwickelte Erkennungstechnologie geht in die Methoden- und Technologieplattform der Universität Bielefeld ein und steht dadurch auch weiteren KMUs zur Verfügung.

Mit welcher Funktechnik lassen sich Sensoren parametrieren und über die gesamte Lebensdauer überwachen? Dieser Frage widmeten sich der Sensorhersteller Fischer Mess- und Regeltechnik und das Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in einem Transferprojekt. Als die Augen und Ohren der Automatisierung kommt den Sensoren eine wichtige Bedeutung in den Regelkreisen der industriellen Produktion sowie der Gebäude- und Energietechnik zu. Durch die anhaltende Digitalisierung wird es in Zukunft noch deutlich mehr Sensoren geben. Das bedeutet: mehr Daten und eine höhere Kommunikationsdichte.

Zugleich besteht aber auch die Notwendigkeit, die Lebensdauer der Sensoren zu gewährleisten, ihre Funktion zu überwachen und sie auf möglichst einfache Weise zu parametrieren, wenn sich die Prozesse ändern. Dass hierbei die kabellose Kommunikation in den Blickpunkt rückt, lag für Fischer auf der Hand.

Funk statt Kabel bringt mehr Flexibilität

Ziel des Transferprojekts war es, die Voraussetzungen für eine funkgestützte Parametrierung zu schaffen und damit die Anpassung des Sensors an die individuellen Anforderungen zu erleichtern sowie reale Betriebsdaten für das Life-Cycle-Management bereit zu stellen. Die Projektpartner hatten sich konkrete Ziele gesetzt: Die Zeitersparnis bei der Parametrierung und Wartung der Sensoren sollte 30 Prozent betragen und die Kosten der Sensoren sollten um 20 Prozent reduziert werden.

Dabei wurde auch berücksichtigt, dass die Sensoren häufig unter ungünstigen Bedingungen arbeiten. Dazu gehören elektromagnetische Störfelder von Maschinen und Anlagen ebenso wie Korrosion und – bei Außenanwendungen – ein breites Temperaturspektrum. Fragen der Safety und Security – insbesondere die Beeinflussbarkeit der Sensoren durch die Einbindung in Funknetze – wurden ebenfalls einbezogen. Das Ergebnis der Marktuntersuchung: Bluetooth Low Energy (BLE) ist am besten geeignet. Übertragungsgeschwindigkeit und Performance dieses Protokolls sind ausreichend, der Energieverbrauch gering, der Einsatz auch in gefährdeten Bereichen möglich. Darüber hinaus lässt sich BLE einfach in mobile Betriebssysteme auf Android-, iOS- und Windows-Basis integrieren.

Auch auf der Hardware-Ebene ist die Integration in die Sensorik einfach, weil entsprechende ICs und Boards vorhanden sind. Um die Praxistauglichkeit zu beweisen, erstellten die Projektbeteiligten ein Protokoll für die seit mehr als zehn Jahren verfügbare Hardware-Schnittstelle und implementierten dieses Protokoll in einer Android-App. Als Gerätebasis wurde ein Sensor für die Gebäudetechnik verwendet: Ein oftmals in Deckenkonstruktionen montierter Messumformer misst über ein Messkreuz den Luftdurchsatz. Dieser Demonstrator stellte unter Beweis: Die Parametrierung und der Service eines Sensors sind möglich, ohne das Gerät erreichen und physisch bedienen zu müssen. Fischer wird eine Pilot-Serie der Funk-Durchflusssensoren auflegen, um die Möglichkeiten der Datengewinnung zu Servicezwecken in der Praxis zu erproben. Zudem wird ein Funktionskonzept für mobile Endgeräte erarbeitet und die Durchführung einer Feldstudie vorbereitet, um die Akzeptanz dieser neuen Technologie in den angestammten Märkten des Sensorherstellers bewerten zu können.

Im Technologie-Netzwerk it´s OWL – Intelligente Technische Systeme Ostwestfalen-Lippe – entwickeln rund 200 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in 47 Projekten Ansätze für intelligente Produkte und Produktionsverfahren. In den vergangenen drei Jahren konnten 170 Transferprojekte für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) umgesetzt werden.

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