Onboard-Displays für Off-Highway-Maschinen

Power Progress International: Können Sie in einfachen Worten erklären, wie auf die auf den Kabinenbildschirmen angezeigten Daten/Informationen zugegriffen wird – direkt von der Maschine/ECU oder über eine OBD-II-Verbindung (wie in den meisten Personenkraftwagen)?

Mohamed Abd El Salam, Danfoss Power Solutions. (Foto: Danfoss)

(MAES) Mohamed Abd El Salam, Senior Portfolio Manager, IoT & Connectivity, Danfoss Power Solutions: Die auf den Kabinenbildschirmen angezeigten Daten werden über CAN-Signale erfasst, die vom Motor und dem damit verbundenen System empfangen werden, was hauptsächlich aus der ECU und den Sensoren besteht.

Aus IoT-Sicht erfolgt der Datenzugriff über den CAN-Bus oder das CANopen-Netzwerk. Dieses ähnelt der Automobilwelt, unterscheidet sich jedoch geringfügig, da es nicht immer wie OBD II standardisiert ist. Daher müssen die Daten in vielen Fällen sorgfältig analysiert werden, um einen aussagekräftigen Wert zu erhalten.

Daten können auch direkt von bestimmten Sensoren abgerufen werden, sofern diese nicht digitalisiert sind und somit keine Daten über den CAN-Bus übertragen. In diesem Fall müssen die elektrischen Daten des Sensors bekannt sein, um beispielsweise das Verhältnis Spannung/Dimension zu ermitteln.

PPI: Sind größere Bildschirme in Off-Highway-Maschinen eine Folge niedrigerer Bildschirmpreise oder der Notwendigkeit, detailliertere Informationen auf einem einzigen Bildschirm anzuzeigen?

Herman Oberoi, Danfoss Power Solutions. (Foto: Danfoss)

(HO) Herman Oberoi, Senior Portfolio Manager, Displays, Danfoss Power Solutions: Der Trend zu größeren Bildschirmen ist eine Kombination aus niedrigeren Preisen und dem Bedarf an mehr Informationen. Auch die Anforderungen an das Platzmanagement in neuen Kabinendesigns spielen eine Rolle. Dadurch entsteht der Bedarf, konsolidierte und dennoch detailliertere Informationen auf größeren Bildschirmen auf einen Blick darzustellen.

PPI: Eine höhere Bildschirmauflösung ermöglicht zwar möglicherweise die Anzeige von mehr Informationen (Zifferblätter, Diagramme usw.) auf einem bestimmten Bildschirm. Müssen die Grafiken jedoch größer sein, um eine schnellere Analyse der Betriebszustände der Maschine zu ermöglichen?

HO: Ja. Neben größeren Bildschirmen braucht es auch größere Grafiken, die eine klare Darstellung relevanter Details ermöglichen. Anzeigen sind ein gutes Beispiel dafür, wo die Lesbarkeit wichtig ist.

PPI: Gibt es Nachteile bei der Verwendung von Infobildschirmen in batterieelektrischen Maschinen?

HO: Das hängt von den Anforderungen an die Anwendungsgröße und der Anzahl der verwendeten Einzelanzeigen ab. Es gibt jedoch keine direkten Nachteile, da ein Bildschirm im Vergleich zu analogen Anzeigen und Kombiinstrumenten weniger Strom verbraucht. Darüber hinaus bietet er dem Benutzer den Vorteil, deutlich mehr Informationen auf einem Display zu haben.

PPI: Werden in den HMI-Systemen der nahen Zukunft umfassendere Telematikinformationen verfügbar sein, sodass der Bediener den Zustand der Maschine besser verstehen kann?

MAES: Wir beobachten bereits eine verstärkte Nutzung von Telematikdaten in HMIs, weitere Bereiche folgen in Kürze. Es hängt alles davon ab, was der Maschinenhersteller in das Display programmieren möchte. Beispiele für Anwendungsfälle sind die Benachrichtigung über verfügbare Software-Updates, Echtzeitansichten des Maschinenzustands im Rahmen der vorausschauenden Wartung und andere OEM-spezifische Leistungsparameter zur Bereitstellung von Zusatzleistungen. Ein wichtiger Aspekt bei Software-Updates ist die Einbindung des Bedieners. Aus Sicherheitsgründen muss der Bediener die Installation neuer Maschinensoftware genehmigen.

Telematik ermöglicht eine Vielzahl bidirektionaler Kommunikationen zwischen Maschinen und Portalen. Um den Verarbeitungsaufwand zu reduzieren, werden die an der Maschine erfassten Daten idealerweise zur Verarbeitung extern übermittelt. Aus diesen Daten generierte OEM-Empfehlungen – beispielsweise welche Maschine eine Inspektion oder Wartung benötigt – werden dann an die HMI der Maschine zurückgesendet, damit der Bediener entsprechend reagieren kann. Dies kann für OEMs oder Händler eine Möglichkeit sein, Dienstleistungen und Wartungsprogramme zu verkaufen. Ein weiteres Beispiel ist die Arbeitsverfolgung: Ein Maschinenbediener kann über das Display anzeigen, dass ein Projekt oder eine Aufgabe für einen bestimmten Kunden abgeschlossen ist. Daraufhin wird eine Nachricht an ein Portal in der Zentrale gesendet.

PPI: Wie wird KI dazu beitragen, die damit verbundenen Komplikationen in HMI-Systemen zu beseitigen? Kann KI bei kritischen Entscheidungen zum Maschinenbetrieb zuverlässig eingesetzt werden?

MAES: KI, insbesondere generative KI, eröffnet in vielen Branchen zahlreiche Chancen und Durchbrüche. Die Off-Highway-Industrie erforscht weiterhin, wie sich die Technologie optimal nutzen lässt, um die Produktivität und Effizienz von Maschinen und Bedienern zu steigern. Mit der Weiterentwicklung von Algorithmen und zunehmend selbstlernenden Codes bietet KI zahlreiche Möglichkeiten, Maschinenumgebungen virtuell zu simulieren und das Testen neuer Anwendungen schneller und komfortabler zu gestalten.

Autonome Funktionen könnten durchaus KI umfassen, insbesondere wenn eine Maschine die Arbeit des Bedieners übernimmt, um eine Aufgabe präziser oder sicherer auszuführen. Ob KI kritische Betriebsentscheidungen treffen kann, ist möglich. Allerdings könnte sie dem Bediener als Empfehlung über die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) übermittelt werden – möglicherweise jedoch nie vollständig autonom. Die Vorschriften und Gesetze rund um KI sind noch unklar, aber wir werden in den nächsten Jahren wahrscheinlich mehr Klarheit und eine einheitlichere Vorgehensweise sehen.

PPI: Im Pkw-Markt gibt es eine leichte Gegenreaktion. Die OEMs reduzieren die Integration aller Fahrzeugfunktionen auf Bildschirme und setzen stattdessen mehr physische/direkte Tasten ein (insbesondere für grundlegende Funktionen, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik usw.). Ist das Gleiche im Off-Highway-Markt zu beobachten?

Der Danfoss DM430E. (Foto: Danfoss)

HO: Der Off-Highway-Markt folgt in Bezug auf HMI-Trends tendenziell dem Pkw-Markt. Wir beobachten auch eine Tendenz, in einigen Regionen und für bestimmte Anwendungen, bei denen höhere Sicherheitsbedenken bestehen, bei physischen Tasten sowie CAN-Tastaturen in der Armlehne zu bleiben.

In China bevorzugen viele der von uns zusammenarbeitenden Off-Highway-OEMs Displays mit Tasten. Sie verfügen typischerweise über mindestens acht bis zehn Tasten, die für Bedienkürzel und die Anzeige bestimmter Bildschirme konfigurierbar sind. Dasselbe gilt auch für viele OEMs in Europa.

Auch bei bestimmten Anwendungen – beispielsweise bei Maschinen im Bergbau oder in schwierigem Gelände – sollte der Bediener nicht ständig auf den Bildschirm schauen. CAN-Tastaturen an der Armlehne oder Tasten für schnelle Informationsverknüpfungen helfen dem Bediener, sich auf seine Aufgabe zu konzentrieren, ohne zeitaufwändig durch die Bildschirme navigieren zu müssen, um bestimmte Informationen zu finden.

PPI: Gibt es eine branchenweit akzeptierte Hierarchie der auf Bildschirmen angezeigten Informationen, um einen schnelleren Zugriff auf wichtige Informationen zu ermöglichen und die Bediener beim Wechsel zwischen Maschinen zu unterstützen?

HO: Uns ist keine Standardhierarchie für auf Bildschirmen angezeigte Informationen bekannt.

PPI: Touchscreens sind bekanntermaßen launisch, da Temperatur und Staub die grundlegende Touch-Funktion beeinträchtigen können. Viele lassen sich mit Handschuhen nicht bedienen (es sei denn, der Handschuh verfügt über eine spezielle Touch-Oberfläche). Wie lässt sich dies verbessern? Kann die Touch-Matrix so verbessert werden, dass ein virtueller Tastendruck die gewünschte Reaktion auslöst?

HO: Die Möglichkeit, Touchscreens mit Handschuhen zu bedienen, ist bei Arbeitsmaschinen eine Voraussetzung. Diese Anforderung kann durch den Einsatz resistiver Touchscreens anstelle kapazitiver Touchscreens erfüllt werden. Darüber hinaus sollte das Benutzermenü so gestaltet sein, dass versehentliche Berührungen vermieden werden, und kritische Elemente erfordern in der Regel Bestätigungsabfragen.

PPI: Beeinträchtigen Kratzer auf Touchscreens auch deren korrekte Funktion? Wenn ja, was kann getan werden, um dieses Problem zu beheben?

Das Display des Danfoss DM1000B. (Foto: Danfoss)

HO: Ja, Kratzer können die Touch-Funktionen sowie die Sichtbarkeit des Bildschirms beeinträchtigen. Es gibt robustere Bildschirmtypen, die einen besseren Schutz vor Kratzern bieten. Obwohl sie teurer sind, sind sie für die anspruchsvolleren Anwendungen im Off-Highway-Bereich sinnvoll. Die Danfoss DM-Serie ist ein Beispiel für Displays, die diesen robusteren Bildschirmtyp verwenden. Danfoss testet und wählt Bildschirmkomponenten aus, die rauer Behandlung standhalten. Die Displays der DM-Serie wurden getestet und haben nachweislich einem Fall einer 536 Gramm schweren Kugel aus 1 Meter Höhe standgehalten, was ihre Widerstandsfähigkeit gegen Risse und Kratzer unter Beweis stellt.

PPI: Wie wurden Verbindungssysteme (Kabelstecker usw.) verbessert, um OEMs die Installation zu erleichtern?

HO: Poka-Yoke-Anschlüsse zur Vermeidung falscher Verdrahtung und kodierte benutzerdefinierte Anschlüsse zur Vereinfachung der Verdrahtung sind einige der Methoden, die wir bei allen zukünftigen Entwicklungen implementieren.

Für einige Ports, beispielsweise Ethernet, gelten De-facto-Pinbelegungsstandards. Ansonsten ist es jedoch im Allgemeinen erforderlich und wird von den Kunden auch erwartet, dass die Pinbelegungen und Portpositionen bei der Migration auf neue Plattformen gleich bleiben, da dies auf der OEM-Seite nur einen geringen Aufwand erfordert.

PPI: Wie hat eine größere Anzahl von Sensoren bzw. eine verbesserte Sensortechnologie zu einem besseren HMI-Erlebnis beigetragen? Erreichen wir aufgrund der Vielzahl an Datenquellen den Punkt einer Informationsüberflutung?

HO: Sensortechnologie hat nicht zu einem besseren HMI-Erlebnis beigetragen, abgesehen von der höheren Geschwindigkeit und Qualität des Informationsaustauschs. Mehr Sensordaten für verschiedene Anwendungsfälle haben die Automatisierung bestimmter Vorgänge erleichtert. Aus HMI-Sicht hat sich jedoch nicht viel geändert, außer dass die Sensorinformationen im Cluster sichtbar sind.

Die Menge an Informationen, die der Bediener erwartet, und die Menge an Informationen, die üblicherweise bereitgestellt werden, sind ausgewogen. Zu viele Informationen oder Benachrichtigungen können den Bediener jedoch ablenken und möglicherweise Sicherheitsbedenken hervorrufen. Selbst wenn keine inhärenten Umweltgefahren bestehen, kann die Verwaltung der Informationen auf dem Bildschirm während der Arbeit mit der Maschine für den Bediener eine überwältigende Erfahrung sein.

PPI: Einige Tier-Unternehmen haben holografische Schalter vorgestellt, die den doppelten Vorteil bieten, auch bei schlechten Lichtverhältnissen sichtbar und staubdicht zu sein. Ist es wahrscheinlich, dass diese auf dem Markt an Bedeutung gewinnen werden?

HO: Der Anwendungsfall ist sicherlich sinnvoll, muss aber von mehr OEMs und Endbenutzern validiert werden, um sein zukünftiges Potenzial einzuschätzen.

PPI: Wäre es über die Integration größerer Bildschirme in die Instrumententafel hinaus – und insbesondere bei Baggerladern – möglich/machbar, eine Reihe von Bildschirmen zu haben, die auf dem Fahrersitz montiert sind und sich mit dem Sitz drehen, um die Bedienung der Maschinen an der Vorder- und Rückseite der Maschine zu unterstützen?

HO: Ja, das ist möglich, und bestimmte Anwendungen könnten davon profitieren. Tatsächlich sehen wir bereits die Integration von Displays in Armlehnen.

PPI: Es ist möglich, dass Warnmeldungen in Zukunft auf Fensterscheiben angezeigt werden. Wäre dies nicht potenziell gefährlich, da die Benachrichtigung die Sicht des Fahrers behindert?

HO: Welche Informationen auf dem Fensterbildschirm angezeigt werden und wie sie angezeigt werden, entscheidet über ihren Mehrwert. Bei kritischen Warnungen kann es bequemer und sicherer sein, Informationen im Sichtfeld des Fahrers angezeigt zu bekommen. In einigen hochwertigen Personenkraftwagen beispielsweise erleichtern kontextbezogene Navigationsanweisungen dem Fahrer, den Blick aus dem Fenster zu halten, während er die Informationen nutzt, um die notwendigen Schritte zu unternehmen. Dieses Beispiel lässt sich zwar nicht vollständig auf die Off-Highway-Branche übertragen, aber wenn der Fahrer häufig vom Fenster wegschauen muss, um Informationen von einem Display zu erhalten, kann dies ein größeres Sicherheitsrisiko darstellen als durchscheinende Grafiken, die die Sicht des Fahrers blockieren. Wenn die Informationen stören, sollten sie auf einem Display bleiben.

Der Danfoss DM700 im batterieelektrischen Kompaktlader Elise 900. (Foto: Danfoss)

PPI: Wird es beim Einsatz von Bildschirmen in Off-Highway-Maschinen möglich sein, Displays zu vermeiden, die „Daten um der Daten willen“ anzeigen – also Informationen nur anzeigen, weil es möglich ist, und nicht, weil es sich für den Bediener lohnt?

HO: Dies ist das Ziel der meisten, wenn nicht aller Informationsanzeigeanwendungen. Die Kunst besteht darin, die Anwendung aus Benutzersicht schlank zu gestalten, indem nützliche Informationen so angezeigt und gruppiert werden, dass sie verständlich sind, der Benutzer sie leicht verarbeiten kann und unnötige Ablenkungen vermieden werden.

Letztendlich liegt diese Entscheidung beim Maschinenhersteller. Displays in Maschinen sind nicht einfach nur Monitore, sondern kleine Computer mit Rechenleistung und Anzeigefunktionen. Zulieferer wie Danfoss liefern diese programmierbaren Displays an OEMs, die dann mithilfe von C-Code, dem Grafikeditor des Displayherstellers oder einer Open-Source-Anwendung bestimmen, welche Informationen auf dem Bildschirm angezeigt und wie sie angeordnet werden.

Interessanterweise nimmt die Entwicklung der Grafiken für diese Maschinen, insbesondere für neue Maschinen mit größeren Displays, unglaublich viel Zeit in Anspruch. Fast die Hälfte der Entwicklungszeit wird allein für die Displaygrafik aufgewendet, während die andere Hälfte für die Entwicklung von Maschinenanwendungen für Hydraulik, Lenkung und alle Komponenteninteraktionen verwendet wird. Obwohl das Display nur einen kleinen Teil der Maschine ausmacht, stellt es einen großen Teil der Entwicklungsarbeit dar. Deshalb versucht Danfoss, die Entwicklung durch den Einsatz von Widgets zu standardisieren – entweder über eigene Dashboards und grafische Editoren oder durch den Einsatz von Open-Source-Editoren mit zusätzlichen Bibliotheken.

PPI: Wird bildschirmbasierte Informationstechnologie (jeder Art) überflüssig, wenn immer mehr Maschinen ferngesteuert oder autonom werden?

HO: Von vollautonomen Maschinen, bei denen der Bediener keine bildschirmbasierten Informationen mehr benötigt, sind wir noch weit entfernt. Aus Sicherheitsgründen ist ein Bediener entweder in der Kabine oder in der Nähe der Maschine erforderlich. In beiden Fällen wäre ein HMI-Cluster zur Überwachung und Kontrolle der Maschine erforderlich, selbst wenn sie vollautonom ist.

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