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16.10.1992 - 

Harte Betriebsumgebungen sprechen nicht gegen benutzerfreundliche Systeme

Grafische Oberflächen, auch wenn die Maus im Speck sitzt

Grafische Benutzeroberflächen sind en vogue. Noch aber schrecken viele potentielle Anwender vor ihnen zurück, weil eine zweckmäßige Gestaltung und ihre technische Implementierung aufwendig erscheinen. Joachim Ruff und Ralf Schneider* schildern ein Projekt, ein benutzerfreundliches System für Produktionsanlagen in rauhen Umgebungen zu verwenden.

Im Jahr 1989 stellte sich für die Firma Maurer, einem international tätigen Hersteller von Produktionsanlagen für die Lebensmittelindustrie, eine neue Herausforderung. Ihre Kunden - industrielle Hersteller von Wurst- und Fleischwaren - wünschten eine grafische Auswertung und Archivierung von Produktionsdaten.

Dies wäre aus technischen Gründen mit dem bisherigen, Motorola-86000-basierten Leitsystem und dem Betriebssystem Versados aus mehreren Gründen nur mit erheblichen Schwierigkeiten möglich gewesen. Motorola pflegte das Betriebssystem nicht weiter. Es gab nur zwei Anbieter für Grafikkarten, was die Gefahr der Anbieterabhängigkeit heraufbeschwor, und es waren keine leistungsfähigen Tools zur Programmierung der Grafik vorhanden. Da außerdem kein passendes relationales Datenbank-Management-System existierte, drohten für die Realisierung hohe Entwicklungskosten.

Man entschied sich, einen ganz neuen Weg zu gehen. Mit den Benutzeroberflächen von X-Window, Version 11.3, sowie Motif 1.0 von der Open Software Foundation (OSF) wurden zwei Standards definiert, um die Software nahezu hardwareunabhängig zu machen.

Die Aufgaben des Systems waren:

- Erstellen, Ändern und Verwalten von Behandlungsprogrammen,

- Starten, Unterbreche, Ändern und Beenden der Behandlungsprogramme,

- Protokollieren der Fehlermeldungen, Programmstarts und Programmenden auf einem Drucker und Abspeichern der Daten in der Datenbank für statistische Auswertungen,

- grafische Visualisierung von Anlagen- und Aggregatzuständen,

- Zuordnung der Steuerungen auf die jeweiligen Schnittstellen,

- Erfassen der jeweiligen Betriebsdaten eines Klimaprozesseses,

- Ausgabe von Temperaturkurven auf Bildschirm und Drucker,

- Ermittlung von Leistungsmerkmalen der Produktionsanlagen sowie

- Ausgabe von Listen und Grafiken auf Bildschirm und Drucker.

Die Realisierung erfolgte im ersten Schritt auf einer Sony-Workstation "NWS 1750". Dies war zum damaligen Zeitpunkt eine Plattform mit guter X11-Implementierung und einem VME-Bus-Interface. Eine Workstation sollte bis zu 50 eigenentwickelte speicherprogrammierbare Steuerungen kontrollieren. In der Produktion waren über Ethernet angebundene X-Terminals als Eingabemedien vorgesehen. Die X-Terminals werden in Chrom-Nickel Stahlgehäuse in der Schutzklasse IP 65 (staub- und spritzwassergeschützt) eingebaut.

Zahl und Textzeilen drastisch reduziert

Bei der Konzeption der Benutzeroberfläche war zu beachten, daß das System weltweit zum Einsatz kommt und somit möglichst wenig Text beinhalten sollte. Mit Hilfe einer grafischen Benutzeroberfläche mit Ikonen ließ sich die Anzahl der Texte von 500 Textzeilen auf 150 Textzeilen reduzieren. Somit verringerte sich der Aufwand für Übersetzungen auf ein

Drittel.

Weiterhin war eine einfache Handhabung zu gewährleisten, da am System vorwiegend DV-Laien arbeiten sollen. Außerdem war es erforderlich alle grafisch interaktiven Kommandos über Tastatureingabe zu realisieren, da der Einsatz einer Maus wegen der in der Produktion anfallenden Fette und Reinigungsmittel nicht möglich ist.

Da 1989 noch keine leistungsfähigen Tools zur Erstellung der Benutzeroberfläche zur Verfügung standen, wurde die Motif-Oberfläche mit dem UIL-Compiler (User Interface Language) der OSF realisiert. Die grafischen Anforderungen für die Überwachung und Statistik ließen sich mit der grafischen Datenbasis "Grinx" umsetzen. Als Datenbank fand "Empress" Verwendung, um die System- und Protokolldaten zu archivieren. Die Programmierung der Interprozeß-Kommunikation zwischen den einzelnen Moduln - es sind insgesamt zehn Prozesse - geschah mit dem Netzwerktool "Talkinx".

Da sich drei Jahre nach Realisierungsbeginn einiges im X-Umfeld geändert hat, sollen bei einem Redesign X11.5, Motif 1.2 und "Tele-Use" als User-Interface-Management-Systeme zum Einsatz kommen. Es hatte sich gezeigt, daß die Programmierung mit der UIL insbesondere bei späteren Erweiterungen, Wartungsarbeiten und kundenspezifischen Anpassungen nicht effizient genug ist.

Im Jahr 1991 folgte die Portierung der Applikation auf einen 80386 PC unter Interactive-Unix. Die Anbindung der Schnittstellen geschieht hier nicht mehr über den VME-Bus sondern über Terminalserver. Somit ließ sich die letzte hardwareabhängige Komponente beseitigen.

Die Anbindung der SPS auf der Sony-Workstation über VME-Bus und serielle Schnittstellenkarten warf einige hardwarenahe Probleme auf. Da keine Gerätetreiber zur Verfügung standen, waren diese selbst zu entwickeln und in den Kernel des Betriebssystems einzubinden. Dies geriet bei diesem Workstationhersteller zu einem echten Abenteuer. Er konnte in dieser Richtung keinerlei Dokumentation bereitstellen, weswegen Informationen häufig aus Japan angefordert werden mußten.

Motif 1.0 war für den Produktionsbereich noch absolut ungeeignet. Die Version allokierte Speicher und gab ihn nicht mehr frei. Die Applikation wuchs stetig, bis das System Prozesse , auslagerte und immer langsamer in seiner Antwortzeit wurde. So war anfänglich ein "cron"-Prozeß einzubauen, der die Oberfläche wöchentlich zu einer definierten Zeit beendete und neu startete. Für die Datenbankanbindung standen keinerlei Hilfsmittel zur Verfügung, so daß alle Plausibilitätskontrollen der Benutzereingaben neu zu programmieren waren.

Anforderungen worden oft unterschätzt

Die eigentliche Benutzeroberfläche hatte zum Schluß einen Umfang von zwei Megabyte. Dazu kamen noch das Datenbank-Management-System und verschiedene Applikationen. Das gesamte System hatte letztendlich einen Bedarf von circa acht Megabyte Hauptspeicher.

Das X-Window-System, Version 11.4, war eigentlich recht stabil. Nur war nicht berücksichtigt, daß erkannt werden mußte, wann eine Nebensstelle, sprich X-Terminal, abgeschaltet wurde. Zum Auffangen dieses Mangels mußte man eigene Routinen entwickeln und einbinden.

Inzwischen hat die Praxis bewiesen, daß man die Ziele des Projekts erreicht hat. Die bisherige Hardwareabhängigkeit ist mit dem X-Konzept abgebaut. Somit ist die Investition für die Realisierung der Software auf einen mehrjährigen Zeitraum zu beziehen. Durch die Offenheit des Systems sind Erweiterungen, insbesondere zur Einbindung von Fremdanlagen, möglich.

Mit der grafischen Benutzeroberfläche können auch DV-Laien die Anlagen bedienen. Durch die hohe Anwenderakzeptanz für das System ist das Risiko der Einführung automatisierter Anlagen deutlich gesunken. Durch grafische Auswertungen werden anlagenorientierte Protokolldrucker überflüssig.

Durch die Archivierung der Daten in einer Datenbank kann man zu jedem Zeitpunkt den Nachweis für einen korrekten Produktionsablauf erbringen. Dies wird insbesondere für Produzenten im Nahrungsmittelbereich zur Pflicht, die international, vor allem EG-weit, vertreiben wollen. Der Wartungs- und Verwaltungsaufwand der Produktionsprotokolle ließ sich vereinfachen und minimieren.

Die Einführung der Systeme beim Kunden ist dann problematisch, wenn keine Unix-Kenntnisse vorhanden sind. Die meisten Firmen unterschätzen die Anforderungen für Pflege und Systemverwaltung. Unix ist nicht so einfach wie MS-DOS. Der Aufwand für die Schulung der Endanwender jedoch ist aufgrund der grafischen Benutzeroberfläche deutlich gesunken.

Über Modem lassen sich die in Japan, Brasilien, Spanien, der Schweiz und Deutschland installierte Systeme fernwarten.

Die Fragestellung, ob grafische Benutzeroberflächen in der Produktionsumgebung geeignet sind, läßt sich eineinhalb Jahre nach Installation der ersten Systeme klar bejahen.

Darüber hinaus zeichnet sich der Trend ab, daß in der Produktion in fünf Jahren keine Applikationen ohne grafische Benutzeroberfläche mehr zu vermerkten sind.

*Joachim Ruff und Ralf Schneider sind Geschäftsführer der IN - Integrierte Informationssysteme GmbH, Konstanz.