EAO hilft OEMs dabei, HMI neu zu definieren.

Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) bestimmt, wie Menschen ihre Fahrzeuge und Maschinen überwachen, steuern und mit ihnen interagieren. Laut John Pannone, Geschäftsführer von EAO Nordamerika, wird die HMI derzeit durch zwei wichtige Branchentrends neu definiert: Elektrifizierung und Automatisierung.

EAO rüstet seinen Standort in Auerbach, Deutschland, um die Fertigung von Spezial- und Baumaschinen für schwere Nutzfahrzeuge zu unterstützen. (Fotos: EAO)

Es ist nicht verwunderlich, dass Fortschritte, die die Funktionsweise von Maschinen bereits grundlegend verändern, auch eigene, spezifische Anforderungen an die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) mit sich bringen. Bei elektrischen Antrieben beispielsweise ändern sich die benötigten Informationen für die Bediener und das Verhalten der Bedienelemente mit der Energiequelle.

„Es gibt neue Systeme, die beispielsweise bei Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommen, wenn man deren Anbaugeräte, den Korb usw. elektrifiziert“, sagte Pannone. „Nun hat man ein Batteriesystem an Bord, und Batteriesysteme müssen überwacht werden und dem Fahrer Rückmeldung geben.“

Je nach Lieferant kann es oft schwierig sein, solche Steuerungen in das CAN-System des Antriebsstrangs zu integrieren, sodass zwei parallele CAN-Systeme auf derselben Maschine installiert werden müssen – eines zur Steuerung von Motor und Antriebsstrang und ein zweites zur Steuerung der Arbeitsfunktionen, die auf diesen Antriebsstrang wirken.

„Wir arbeiten mit Kunden zusammen, die an diesem zweiten Steuerungssystem interessiert sind, um Feedback zu erhalten, die Batterie zu überwachen – all die Dinge, die die Elektrifizierung auf den Markt bringt“, sagte Pannone.

Unterstützung des Übergangs

EAO wurde 1947 in Olten, Schweiz, gegründet und ist ein Familienunternehmen, das die Entwicklung des ersten beleuchteten Druckknopfes vor 75 Jahren für sich beansprucht. Heute ist es ein globaler Hersteller und Lieferant von Schaltern, Anzeigen, Tastaturen und anderen elektromechanischen und seriell kommunizierenden Komponenten bis hin zu kompletten HMI-Steuereinheiten und HMI-Lösungen.

EAO beliefert Erstausrüster (OEMs) im Bereich schwerer Nutzfahrzeuge, Busse und Lkw, Geländemaschinen sowie für Anwendungen im Automobil- und Schienenverkehr. Das Unternehmen verfügt über einen Standort in Auerbach, Deutschland, der traditionell den Automobilmarkt bedient und nun zu einem Zentrum für die Märkte schwerer Nutzfahrzeuge und Baumaschinen ausgebaut wird.

„Wir sind ein globales Unternehmen. Wir haben zehn Tochtergesellschaften im Besitz von EAO. Unser Drehkreuz in Guangzhou, China, betreut den gesamten asiatischen Markt“, erklärte Pannone. „Wir sind in Europa an mehreren Standorten in allen europäischen Ländern vertreten, und einige dieser Unternehmen werden in den nächsten ein bis zwei Jahren Ressourcen in unserem deutschen Drehkreuz bündeln.“

In anspruchsvolleren Umgebungen hat EAO einen Trend weg von Touchscreens hin zu einfacheren, robusteren und intuitiveren Bedienelementen festgestellt. (Fotos: EAO)

Der nordamerikanische Sitz des Unternehmens befindet sich in Shelton, Connecticut, USA.

Mit Standorten und Kunden auf der ganzen Welt hat das Unternehmen zahlreiche Beispiele für die Herausforderungen gesehen, denen sich viele OEMs gegenübersehen, wenn sie ihre Produktportfolios weiter automatisieren und/oder elektrifizieren wollen.

Im Bereich der Elektrifizierung stellen viele Kunden ihre Maschinen um, die zuvor mit Verbrennungsmotoren betrieben wurden. „Die bestehenden Kunden, die umstellen, verfügen in der Regel über eine sehr gute technische Basis. Sie kennen die Märkte und haben meist einen sehr großen Erfahrungsschatz in ihren eigenen Werken“, sagte Pannone.

Andere hingegen sind echte Startups, die zum ersten Mal in die Produktentwicklung einsteigen. „Sie hatten noch nie ein Produkt – sie begannen mit Anwendungen im Bereich Elektromobilität. Diese Anwendungen sind etwas anspruchsvoller“, sagte Pannone. „Hierfür benötigen sie andere Kompetenzen. Wir müssen ihnen mehr technisches Know-how bieten.“

„Bei einigen dieser Unternehmen in der Frühphase müssen wir vielleicht etwas mehr ergonomische Einblicke und mehr Benutzerinformationen einbringen – ihnen vielleicht mit ein paar Szenarien helfen, die nicht nur die einzelnen HMI-Bedienelemente, sondern auch die allgemeine Benutzerfreundlichkeit der Schnittstelle und das gesamte Kundenerlebnis hervorheben.“

Funktionale Sicherheit

Mit der Weiterentwicklung von HMI wird die funktionale Sicherheit zu einem der wichtigsten Bedürfnisse auf dem Markt.

„Wir verbringen viel Zeit damit, mit Kunden über den sicheren Betrieb von Fahrzeugen zu sprechen, sei es die Bewegung des Fahrzeugs selbst oder die Bewegung von Anbaugeräten, damit das Endprodukt sicher funktioniert“, sagte Pannone. „Wir bringen Produkte auf den Markt, die CANopen Safety integriert haben, hauptsächlich in den HMI-Produkten.“

CANopen Safety ist eine Erweiterung des europäischen CANopen-Standardprotokolls, die durch Redundanz bei der Übertragung sicherheitskritischer Daten zuverlässige funktionale Sicherheit (bis zu SIL3) ermöglicht. Die EAO-Serie 09 gehört zu den wenigen Produkten, die derzeit gemäß den CANopen-Safety-Anforderungen gefertigt werden.

Die Serie 09 umfasst eine Vielzahl von Produkten, die für anspruchsvolle Umgebungen in Schwerlast-Spezialfahrzeugen im On- und Offroad-Einsatz entwickelt wurden. Die Serie bietet anpassbare Tastaturen, Joysticks und LIN-Schalttafeln, Universalschalter sowie ein LIN/CAN-Evaluierungskit.

„Wir sind derzeit wahrscheinlich das einzige Unternehmen, dessen Produkt die CANopen-Sicherheitszertifizierung erhalten hat“, erklärte Pannone. „Aber wir wissen, dass wir nicht allein sind und dass diese Position nicht ewig anhalten wird, denn wir beobachten ein starkes Interesse und viele Entwicklungen in diesem Bereich.“

Mischtechnologie

Die richtige HMI-Lösung – oder eine Kombination davon – für eine Anwendung muss auch den sich wandelnden Bedürfnissen der Bediener gerecht werden, um sowohl Sicherheit als auch Steuerbarkeit zu gewährleisten.

Die Serie 09 von EAO gehört zu den wenigen Produkten, die derzeit gemäß den CANopen-Sicherheitsanforderungen für erhöhte funktionale Sicherheit gefertigt werden. (Fotos: EAO)

„Wir konzentrieren uns auf eine Mischung aus verschiedenen Technologien“, sagte Pannone, „wobei Software, Touchscreen, entweder Cursorsteuerung oder Joystick zum Einsatz kommen und dann diskrete Funktionen, diskrete Tasten, die eine bestimmte Sache tun – sie schalten das Licht ein, das ist alles, sie tun nichts anderes.“

Die Herausforderung besteht darin, die richtige Kombination zu finden, die sowohl neue Bediener anzieht als auch deren Schulung erleichtert, die mit fortschrittlicheren Systemen und Steuerungen aufgewachsen sind – ohne dabei erfahrene Bediener zu verprellen, für die die Anpassung an eine solche Technologie schwieriger sein könnte.

„Für erfahrene Bediener müssen wir einen Mittelweg finden… Wenn man komplett auf eine neue, moderne Technologie umsteigt, wird zwar ein Teil des Teams nicht überflüssig, aber er benötigt umfangreiche Schulungen“, erklärte Pannone. „Man muss also einen Mittelweg finden, der alle auf dem gleichen Stand hält und einen sicheren Umgang mit den Geräten ermöglicht. Wir konzentrieren uns darauf, die Bedienelemente so intuitiv wie möglich zu gestalten.“

Einfach, intuitiv und anpassungsfähig

Die meisten Anwender kennen Touchscreens als primäre Benutzerschnittstelle (z. B. über Smartphones oder iPads). Solche Schnittstellen eignen sich jedoch nicht immer für komplexere oder robustere Umgebungen. Daher beobachtet EAO in bestimmten Anwendungsbereichen einen Trend weg von dieser Art von Mensch-Maschine-Schnittstelle.

„Wir sehen viele Anwendungen und führen viele Gespräche mit Kunden, die von dieser Art von Umgebung wegkommen und die Bedienung vereinfachen wollen“, sagte Pannone. „Es hat sich von einer Richtung entwickelt, in der alles auf Touchscreens abgewickelt wurde, weil das sicher, einfach und softwarebasiert war, hin zu einem Punkt, an dem Hardware wie unsere Drucktasten, Tastaturen oder Cursorsteuerungen wieder geschätzt wird.“

„Beispielsweise sollten sicherheitskritische Funktionen wie Not-Aus-Schalter physisch implementiert, sofort zugänglich und von anderen Systemen isoliert bleiben, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Insgesamt ist es ihr Ziel, die Umgebung so einfach und benutzerfreundlich wie möglich zu gestalten.“

EAO bietet Lösungen wie das Tastenfeld der Serie 09 an, die einfach, intuitiv und leicht an die jeweilige Anwendung anpassbar sind. (Fotos: EAO)

EAO bietet nach eigenen Angaben Lösungen an, die einfach, intuitiv und leicht an die jeweilige Anwendung anpassbar sind. Ein Beispiel dafür sind die CAN-Tastaturen der Serie 09, die laut Pannone über eine „extrem“ hohe Feedback-Fähigkeit verfügen.

„Wir haben verschiedene Feedback-Ebenen integriert, die der Kunde einbeziehen kann“, erklärte er. „Man kann drei oder vier Farben in Quadranten verwenden, sodass die Segmente beleuchtet werden können, oder man kann andere Animationsarten wie Rotations-, Blink-, Helligkeits- oder Dimm-Feedback oder Ton hinzufügen.“

„Wir arbeiten mit Kunden in komplexen Umgebungen zusammen, um ihnen ein sehr anpassungsfähiges Produkt anzubieten. Die Legenden, die Einlagen und die Symbole sind alle anpassbar, sodass nicht nur ein Großkunde mit einem hohen Produktionsvolumen dieses Produkt nutzen kann, sondern auch ein kleinerer Kunde von dieser Technologie profitieren kann.“

Es fallen keine Einrichtungsgebühren an, fügte Pannone hinzu, und dank der Symboleinsätze ist nicht jedes Mal eine neue Teilenummer erforderlich, wenn ein Symbol geändert wird. „Dies ist ein sehr anpassungsfähiges Tastenfeld, das in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden kann.“

Dazu gehören sowohl in der Fahrerkabine implementierte Systeme, die eine präzise Bedienung durch den Fahrer ermöglichen, als auch robuste Einsatzszenarien wie der Betrieb des Verdichters auf der Ladefläche von Müllwagen, wo in Europa häufig eine CAN-basierte Steuerung zum Einsatz kommt.

„Es besteht keine Notwendigkeit, empfindliche Bildschirme oder Komponenten einzusetzen, die in dieser Umgebung nicht lange halten“, erklärte Pannone. „Man benötigt lediglich einfaches Feedback für den Bediener, und das CAN-Tastenfeld der Serie 09 eignet sich hervorragend für solche Anwendungen.“

Integrierte Lösungen

Zusätzlich zum Angebot von Standardkomponenten kann EAO kundenspezifische Bedienfelder herstellen und Komponenten (Tasten, Anzeigen, Tastaturen, Displays usw.) in komplette HMI-Systeme integrieren.

Für Nordamerika erfolgt diese Integration im Werk des Unternehmens in Connecticut. „Wir nehmen unsere Standardprodukte – von Druckknöpfen über CAN-basierte Tastaturen bis hin zu Cursorsteuerungen – und integrieren sie in Baugruppen“, erklärte Pannone. „Wir liefern das Design und unterstützen den Kunden zudem mit Ideen zur Ergonomie und Benutzerfreundlichkeit.“

EAO kann verschiedene Komponenten zu kundenspezifischen Baugruppen integrieren, die sich per Plug-and-Play in Fahrzeuge oder Maschinen einbauen lassen. (Fotos: EAO)

„Die Benutzerfreundlichkeit spielt bei diesen Bedienoberflächen für jedes Unternehmen eine große Rolle“, fügte er hinzu. „Ist sie sicher? Ist sie intuitiv? Ist sie anpassungsfähig? All diese Aspekte sind entscheidend.“

Die Baugruppen werden auf Basis der vom OEM verwendeten seriellen Schnittstelle (CAN-basiert, Ethernet) entwickelt. „Wir begleiten den gesamten Prozess von der Prototypenentwicklung über die Serienproduktion bis hin zur Zertifizierung“, so Pannone. „Die Zertifizierung führen wir nicht intern durch, sondern arbeiten eng mit dem Kunden zusammen, um die Produktzertifizierung zu erreichen. Im Grunde geht es darum, den Kunden über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg zu unterstützen.“

Ziel ist es, jegliche Probleme zu beseitigen, die diese kleinen Systemkomponenten mit sich bringen könnten. „Wir versuchen, diese kleinen Komponenten so zu verwalten, dass sich der Kunde keine Gedanken mehr um die Baugruppen machen muss“, sagte Pannone. „Er muss sie nur noch anschließen und loslegen und sich um den Rest des Systems kümmern.“

Was kommt als Nächstes?

Laut Pannone plant EAO, sich weiterhin auf den Bereich der „gemischten Technologien“ zu konzentrieren und eine Kombination aus Software, Hardware, Bildschirmdarstellung und diskreten Komponenten zu entwickeln und zusammenzuführen. Gleichzeitig gibt es jedoch Technologien, die sich am Rande der Entwicklung befinden und die zukünftige Ausrichtung von industriellen HMIs und von EAO beeinflussen könnten.

„Es könnte sich um Sprachsteuerung, Gestensteuerung oder gestenbasierte, berührungsgesteuerte Bedienung handeln. Auch eine Kombination dieser Technologien wäre denkbar“, überlegte Pannone. Solche „multimodalen Mensch-Maschine-Schnittstellen“ werden in Branchen wie der Automobilindustrie und der Unterhaltungselektronik immer mehr zum Standard. „Doch die Anwendung dieser Technologien ist noch nicht so weit fortgeschritten, dass wir sie in allen Umgebungen als absolut sicher betrachten können. Viele Umgebungsfaktoren können die Sicherheit beeinträchtigen.“

„Bei der Bedienung eines Touchscreens leitet man den Kunden an, hier zu drücken, dort zu drücken, dies zu tun, das zu tun“, bemerkte er. „Aber eine Geste zur Erhöhung der Geschwindigkeit, der Lautstärke oder zur Verringerung der Lautstärke – welches universelle Zeichen oder welche Bewegung gibt es für diese Gesten?“

„Es gibt Anwendungsbereiche für Endverbraucher… Aber in diesen industrialisierten, anspruchsvollen und rauen Umgebungen sind wir uns nicht sicher, ob es schon so weit ist. Aber es könnte sein.“