© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 1 Okt. 2017

Innovationen in der Getränke-

abfüllung durch bessere

Operatoreinbindung

4. Forum für Industrie und

Wissenschaft 2017

12. Oktober 2017

TUM Fakultät für Maschinenwesen,

Garching bei München

Dr.-Ing. Peter Stelter

Strategie und Technologiemanagement, KHS GmbH

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 2 Okt. 2017

Inhalt

Kurze Vorstellung der KHS GmbH

Physiologische Grundlagen

Umsetzung auf das KHS HMI

Die Zukunft der Maschinenvisualisierung und -bedienung

Zusammenfassung und Ausblick

Bild: Fotolia

"Der Mensch ist also eine künstliche Maschine, zwar mit genetischer Disposition und

einer Fülle von Leben begabt; aber die Maschine spielet sich nicht selbst, und auch der

fähigste Mensch muss lernen, wie er sie spiele." Johann Gottfried Herder

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 3 Okt. 2017

Entwicklung der KHS Gruppe

L. Holstein

und K.

Kappert,

1. Bierfüller

Dortmund

(NRW)

1868

L. A.

Enzinger

1. Bierfilter

Worms

1878

Gebrüder

Seitz

1. Weinfilter

Bad

Kreuznach

1887

Seitz,

Enzinger,

Noll

SEN

1982

KHS AG

Klöckner

Holstein

Seitz

1993

Salzgitter AG

Übernahme

der Klöckner

AG

2007

KHS wird

100% ige

Tochter der

Salzgitter AG

2011

Holstein and Kappert Fabrik in Dortmund

Industrie 2.0 Industrie 3.0 Industrie 4.0

2013

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 4 Okt. 2017

Inhalt

Kurze Vorstellung der KHS GmbH

Physiologische Grundlagen

Umsetzung auf das KHS HMI

Die Zukunft der Maschinenvisualisierung und -bedienung

Zusammenfassung und Ausblick

Bild: Fotolia

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 5 Okt. 2017

Physiologische Begrenzungen unseres Wahrnehmungsapparates

Sensorischer

Speicher

0,2-0,5 s

Kurzzeit-

gedächtnis

“7 chunks”

Langzeit-

gedächtnis

Wieder-

holung

George A. Miller: The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our

capacity for processing information. In: Psychological Review, 63, 1956, S. 81–97.

10-40s

vergessen vergessen

Ant-

wort

elaboration

and coding

retrival

External

Stimulus

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 6 Okt. 2017

Messung von Sinneseindrücken:

Gesetze von WEBER-FECHNER und STEVENS

1834 Weber, R

Rk

Psycho-physische Grundgesetze:

1860 Fechner, ln0

R

RkE

Stevens, S. S. (1957). On the psychophysical law. Psychol. Rev, 64(3), 153–181.

sitätLichtinten für 33.0

1957 Stevens, n

0

n

RRkEk=0,08 für

Helligkeit

Em

pfin

du

ng

sstärke E

Reizstärke R

R0 = Reizschwelle R = Reizstärke

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Ausführungszeit und Handlungs-

optionen: Gesetz von HICK und HYMAN

0

500

1000

1500

2000

0 6 12 18 24 30 36

Au

sfü

hru

ng

szeit T in

m

s

Anzahl n der Handlungsoptionen

W. E. Hick (1952): On the rate of gain of information. Quarterly Journal of Experimental Psychology 4, S. 11–26

A: ungünstig

B: Besser ms378;ms60

)(log2

ba

nbaT

“Logarithmus Dualis”

200

600

1000

1400

1800

2 4 8 16 32

mit Übungseinfluss

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Kanalkapazität bei der Ausführung zielge-

richteter Zeigebewegungen: Gesetz von FITTS

0

1

2

3

4

5

6

7

0 200 400 600 800 1000

In

dex o

f D

ifficu

ltey ID

[b

it]

Abstand D in mm

Fitts, P.M. (1954). The information capacity of the human motor system in controlling

the amplitude of movements. Journal of Experimental Psychology, 47, 381-391.

W

DID 2log

0

1

2

3

4

5

6

7

100 1000

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Shneiderman’s 8 Golden Rules of Interface Design

1. Strive for consistency

2. Enable frequent users to use shortcuts

3. Offer informative feedback

4. Design dialogs to yield closure

5. Offer error prevention and simple error handling

6. Permit easy reversal of actions

7. Support internal locus of control

8. Reduce short-term memory load

Shneiderman, B. and Plaisant, C.: “Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction,” 5th Edition, 1980.

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 10 Okt. 2017

Inhalt

Kurze Vorstellung der KHS GmbH

Physiologische Grundlagen

Umsetzung auf das KHS HMI

Die Zukunft der Maschinenvisualisierung und -bedienung

Zusammenfassung und Ausblick

Bild: Fotolia

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 11 Okt. 2017

Ziel ist die einfache und ergonomische

Bedienung der Maschinen und Linien

• Unsere Maschinen und Linien werden zunehmend komplexer

vor 10 Jahren haben noch 12 Seiten ausgereicht, heute sind es

bis zu 70 Seiten

• Der Ausbildungsstand der Bediener reduziert sich eher, vom

Facharbeiter zu ungelerntem Personal

• Die Anlernphase ist oft sehr kurz und Bedienungsfehler

können hohe wirtschaftliche Schäden hervorrufen

• Die jüngeren Bediener „Millenials“ sind eine i-Phone

einfache Bedienung gewohnt und möchten das

Feeling auch in einer Abfüllanlage wiederfinden

• Multi touch fähig sein

• mit Gesten bedienbar sein

• Alle erforderlichen Informationen wie

• 3D Modelle, Zeichnungen

• HTML Dokumentationen BA, ETL,

Hilfetexte im Zugriff haben

Das HMI der Zukunft muss:

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Umsetzung der physiologischen Gesetze in das KHS HMI

1. Gesetz der Ähnlichkeit

2. Gesetz der magischen Zahl 7±2

3. Gesetz der Nähe

4. Gesetz von Figur und Grund

Quelle: Fraunhofer IPA, PMO Fachinstitut für Usability Engineering: Dr. Elke Maria Deubzer

Einheitliche Navigation

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 13 Okt. 2017

Das KHS HMI-System

Zenon von Elea

21“ Zoll FullHD Multitouch

1920x1080px Format 16:9

CPU Atom E3845, 1,9GHz, 4 Kerne,

8GByte DDR3-SDRAM

Cfast Speicher 32GByte, lesen

300MByte/s, schreiben 75MByte/s

Passivgekühlt

24V Spannungsversorgung

Keine beweglichen/rotierenden

Teile

Zukunftsorientierte

Standardkomponenten

Langzeitverfügbarkeit

Hardware von B&R: Software:

zenon von Copa-Data

Gestenbe-

dienung

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 14 Okt. 2017

Forschungs(förder)projekte

Quelle: Fraunhofer IWU

Quelle: INCLUSIVE

Bediener mit unterschiedlichen motorischen

und kognitiven Fähigkeiten und kulturellem

Background können hohe Effizienzgewinne aus

personalisierten Bedienpanels ziehen.

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 15 Okt. 2017

Inhalt

Kurze Vorstellung der KHS GmbH

Physiologische Grundlagen

Umsetzung auf das KHS HMI

Die Zukunft der Maschinenvisualisierung und -bedienung

Zusammenfassung und Ausblick

Bild: Fotolia

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 16 Okt. 2017

Sprachführung im Clearline HMI

Operatorunterstützung durch Spracheingabe

Projekt Daten

• Periode Okt. 2015 – Feb 2016

• Projektleiter Joachim Fischer

• Partner Technische Universität München

(TUM) Frau Prof. Vogel-Heuser

Ziel

• Kunden wünschen sich die Bedienerführung

per Sprachbefehle, Vorbild Alexa, Siri

• zum Durchführen von Wartungsarbeiten

Vorgehen

• Definition von Beispiel Use Cases

• Übersetzung der Aufgabe via XML Interface

• Verschiedene Aufgaben können per Voice

Commands aufgerufen werden

Resultat:

• Erster Prototyp für KHS interne Tests

• Sprachprogramm basiert auf MS Cortana

• Erfolgreiche Tests im KHS Trainingscenter

• und in realen Abfüllhallen (Fiege, Bochum)

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 17 Okt. 2017

Grenzenloser Service mit großem Impact für die Zukunft

Produkte und Dienstleistungen für Morgen – Technologie 4.0

Die Zukunft der Maschinenbedienung

Vorbeugende Instandhaltung Service Intervallanzeige

RFID Identifikation

von Formatteilen

Systemgesteuerte Service-

intervalle

Elektronisch assistierter Formatwechsel

RFID Sensoren

HF = 135 kHz

UHF = 13,56 MHz

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 18 Okt. 2017

KHS Industrie 4.0 Leuchtturmprojekte –

mit großem Verbesserungspotential

Produkte und Dienstleistungen für Morgen – Technologie 4.0

Vorwärts gehen in der Digitalen (R)evolution

interaktive CILT-Liste

Innoline MES Maschinenzu-

standsanzeige

KHS Everywhere

Neues ClearLine HMI

iCiILT = interactive CILT (Cleaning, Inspection, Lubrication, Tightening) | MES = Manufacturing Execution System | HMI = Human-Machine Interface

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 19 Okt. 2017

Die Maschine als „Cloud“

• Automatische Rollenerkennung

durch i Beacons

• Kontextsensitive Informationen

• Interaktiver Support für den

Operator

• Die Liste der iCILT Aufgaben

erscheint automatisch

• Look ’n feel wie KHS everywhere

Operator:

Was muss ich an

der Maschine tun?

Foreman:

Ist CILT vollständig

und richtig ausgeführt

worden?

„Apps und Cloud sind

ein gutes Team“

Digital

Infrastructure

wireless

Mobile

Devices, Apps

and Clouds

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 20 Okt. 2017

Erleben Sie die virtuelle und augmented

(erweiterte) Realität mit innovativen Technologien live

Produkte und Dienstleistungen

für Morgen – Technologie 4.0

Virtual und Augmented Reality vorteilhaft nutzen

Virtual Reality (VR)

3D virtuelle KHS Maschinen

und Anlagenlayouts

Virtuelles Training

Augmented Reality (AR)

Augmented Service

Augmented Montage

Eye tracking

Brille

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 21 Okt. 2017

Reverse Engineering mit 3D Laser

Scans und Digitalem Zwilling der Anlage

3D-Laserscan

Virtual Reality (VR) mit Oculus Rift Augmented Reality (AR) mit Microsoft Hololens

Physikalisch vorhandene

Maschinen können

mit virtuellen Linien

komplettiert werden

Reverse

Engineering

(3D-Scanning)

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 22 Okt. 2017

Eye Tracking Brillen von Viewpointsystem

Technologie

• Eye Hyper-Tracking® live streaming,

• Aufzeichnung und off line Analyse möglich

• Überall und in jeder Lichtbedingung.

Kundenvorteile

• Reduzierung von Reisekosten

• Disruptive Serviceangebote möglich

• Unterstützung der Bediener remote und in Echtzeit

• Sehr präzise Navigation möglich

Anwendung

• Leichte Brille mit Front- und Rückkameras

• die Pupillenbewegung wird detektiert

• Supervisor sieht wohin die Person vor Ort hinschaut

• Training on & off site möglich

• Service & Maintenance – Audit control

Quelle: Viewpointsystem

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 23 Okt. 2017

Inhalt

Kurze Vorstellung der KHS GmbH

Physiologische Grundlagen

Umsetzung auf das KHS HMI

Die Zukunft der Maschinenvisualisierung und -bedienung

Zusammenfassung und Ausblick

Bild: Fotolia

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 24 Okt. 2017

Zusammenfassung und Ausblick

Physiologische Gesetzmäßigkeiten sind

seit langem bekannt und unveränderlich,

Sie müssen als Grundlage bei der Gestaltung

eines HMIs berüchsichtigt werden.

Anlagen für Getränkeabfüllanlagen stellen

hohe Anforderungen an die Usability

der Bedienpanels,

Komplexität der Prozesse und Maschinen,

Ausbildungsstand in den Emerging Countries

Wartbarkeit und Standardisierbarkeit ist wichtiger Bestandteil

Vielfalt und Innovationsgeschwindigkeit erfordert hohe Flexibilität

© KHS GmbH: Dr.-Ing. Peter Stelter: Innovationen in der Getränkeabfüllung durch bessere Operatoreinbindung 25 Okt. 2017

Vielen Dank!

Peter.stelter@KHS.com

KONTAKT

Dr.-Ing. Peter Stelter

KHS GmbH

Tel: +49 231 569 1905