Lösen von Herausforderungen im industriellen GUI-Design mit der i.MX 9x System on Module-Serie: Leistung, Sicherheit und Echtzeitsteuerung

In industriellen Anwendungen fungiert die GUI (Graphical User Interface (Grafische Benutzeroberfläche)) auch HMI (Human Machine Interface (Mensch-Maschine-Schnittstelle)) genannt, als Brücke zwischen Benutzer und Maschine. Nur über GUIs können Bediener komplexe industrielle Prozesse und Anwendungen überwachen, steuern und mit ihnen interagieren. Nun, man könnte sagen, dass die Rolle von GUIs überall die gleiche ist. Der größte Unterschied zwischen einem Industrie- und einem Verbraucherprodukt ist jedoch der Sicherheitsaspekt. Fehler in Industriesoftware können weitaus größere Auswirkungen haben als Fehler in Verbraucherprodukten.

Beim Entwerfen von GUIs für Industriegeräte ist ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen Klarheit, Reaktionsfähigkeit und Sicherheit erforderlich. Interfaces müssen wichtige Informationen auf einen Blick darstellen, Echtzeit-Feedback bieten und innerhalb von Millisekunden reagieren, um schnelle und präzise Benutzeraktionen zu ermöglichen, insbesondere in Szenarien mit hohem Risiko. Um die kognitive Belastung zu reduzieren, muss das UI-/UX-Design die visuelle Hierarchie und intuitive Navigation betonen, um Fehler zu vermeiden und schnelle Entscheidungen zu unterstützen.

Außerdem muss sich die GUI an die Hardware-Plattformen/-Boards anpassen. Bei ressourcenbeschränkter Hardware muss die GUI sowohl auf Leistung als auch auf geringe Latenz optimiert sein. Für industrielle Anwendungen konzipierte GUIs müssen auch HMI-Standards wie ISA-101 und Protokolle wie Modbus und OPC UA erfüllen, was die Komplexität des Designs weiter erhöht. Hinzu kommt die Notwendigkeit, in rauen Umgebungen langlebig zu sein und gleichzeitig die Zuverlässigkeit und gleichbleibende Leistung zu gewährleisten.

Hier erweist sich die i.MX 9 System on Module (SoM)-Serie von Variscite als wertvoll. Diese Modules wurden zur Unterstützung moderner Industrieanwendungen konzipiert und ermöglichen skalierbare, benutzerfreundliche HMIs mit Echtzeitleistung und robuster Konnektivität über USB, PCIe und Ethernet – ideal als Kommunikationsknoten in anspruchsvollen Steuerungs- und Überwachungssystemen.

1. Reaktionsfähigkeit in Echtzeit

Industrielle HMIs müssen nahezu sofortige Reaktionsfähigkeit bieten. In Umgebungen, in denen viel auf dem Spiel steht, wie z. B. in der Fertigung, im Energiesektor oder bei der Prozesskontrolle, können selbst Verzögerungen im Mikrosekundenbereich zu verpassten Alarmen, unsicheren Bedieneraktionen oder Systemausfällen führen. Bei diesen Echtzeiteinsätzen, bei denen jeder Moment zählt und Reaktionsfähigkeit entscheidend ist, muss die Interface sofort reagieren, um sowohl die Betriebseffizienz als auch die Sicherheit zu gewährleisten.

Die i.MX 9-Serie erfüllt diese Anforderungen mit einer heterogenen Architektur, die leistungsstarke Arm Cortex-A55-Kerne für die Anwendungsverarbeitung mit einem dedizierten Cortex-M33-Kern für die Echtzeitsteuerung kombiniert und so reaktionsschnelle, zuverlässige HMIs in einem einzigen, kompakten SoC ermöglicht.

2. Grafikleistung und Stromverbrauch

In industriellen Anwendungen benötigen Bedienfelder flüssige Grafiken mit hoher Auflösung, um intuitive Benutzeroberflächen und eine Leistung mit geringer Latenz zu unterstützen und so Sicherheit und Betriebseffizienz zu gewährleisten. Sie benötigen außerdem einen geringen Stromverbrauch, um die Wärmeentwicklung zu minimieren, die Lebensdauer der Geräte zu verlängern und einen lüfterlosen oder batteriebetriebenen Betrieb zu ermöglichen. Bisher war dies eine große Herausforderung und erforderte oft Kompromisse bei der Grafikleistung oder der Energieeffizienz.

Die Variscite i.MX 9-Serie bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Grafikleistung und Energieeffizienz für industrielle Anwendungen. Dank der Unterstützung für energieeffiziente GPUs für 2D-/3D-Grafiken und bis zu 4K-Video kann das i.MX 93/95 fortschrittliche HMIs und Edge-Interfaces reibungslos verarbeiten. Gleichzeitig sorgt seine stromsparende Architektur für einen zuverlässigen Betrieb in lüfterlosen, thermisch eingeschränkten Umgebungen und ist damit ideal für energiesensible Industriesysteme.

3. Langfristiger Support und Software-Stabilität

Im Gegensatz zu Verbrauchergeräten sind Industrieanlagen 10 bis 15 Jahre lang in Betrieb und erfordern einen robusten, sicheren und wartungsfreundlichen Software-Stack. Häufige Updates oder Plattformänderungen können kostspielig und störend sein, insbesondere in sicherheitskritischen Umgebungen.

Die i.MX 9-Serie ist auf Langlebigkeit ausgelegt und wird von NXP mit einer Produktverfügbarkeit von über 15 Jahren unterstützt. Mit der Unterstützung von Mainline Linux und dem Yocto Project wird eine robuste und wartbare Softwarebasis gewährleistet. Die Kompatibilität mit fortschrittlichen GUI-Entwicklungstools wie Crank Storyboard beschleunigt die Entwicklung weiter und macht die HMI-Lösung über eine lange Produktlebensdauer hinweg zukunftssicher.

4. Raue industrielle Umgebung und Sicherheitsbedürfnisse

Geräte, die für industrielle Umgebungen entwickelt wurden, werden oft unter rauen und anspruchsvollen Bedingungen eingesetzt und erfordern Systeme, die extremen Temperaturen standhalten, Umweltbelastungen widerstehen und kontinuierlich mit hoher Zuverlässigkeit arbeiten. Diese Geräte müssen auch sicher sein, da vernetzte Systeme zunehmend von Cyber-Bedrohungen betroffen sind.

Das Variscite i.MX 93 System on Module (SoM) wurde entwickelt, um diese Anforderungen zu erfüllen. Es unterstützt einen weiten Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 80 °C. Mit integrierten Funktionen wie EdgeLock Secure Enclave, Secure Boot und TrustZone-Technologie bietet es sowohl Ausfallsicherheit als auch Sicherheit und ist damit die ideale Wahl für die Edge-Verarbeitung in industriellen Gateways, Steuerungssystemen und HMI-Displays.

5. Skalierbare UI/UX für verschiedene Geräte

Unternehmen bemühen sich zunehmend um ein einheitliches Benutzererlebnis über alle Produktlinien hinweg. Die Wiederverwendung von Kernkomponenten und die Vermeidung der Notwendigkeit, bei jedem neuen Gerät von vorne beginnen zu müssen, beschleunigt nicht nur die Entwicklung, sondern reduziert auch die Zeit und Kosten für die Markteinführung erheblich.

Variscite-SoMs wie das DART-MX95 und das VAR-SOM-MX93 bieten Pin-kompatible Optionen, sodass Teams problemlos über Bildschirmgrößen und Hardwareplattformen hinweg skalieren und migrieren können. Dies verkürzt die Entwicklungszeit, minimiert das Risiko und senkt die Kosten sowohl für Neueinführungen als auch für Updates.

Ein effektives HMI-Design in industriellen Umgebungen erfordert eine frühzeitige Planung, einschließlich der Auswahl der Hardware, der Interface-Struktur und des Ablaufs der Benutzerinteraktion. Durch die Einbeziehung bewährter Designmethoden wie einer klaren Bildschirmhierarchie und integriertem Benutzerfeedback können Entwickler reaktionsschnelle Benutzeroberflächen erstellen, die die Produktivität und Entscheidungsfindung des Bedieners steigern.

Die Wahl des richtigen GUI-Tools und die Zusammenarbeit mit Experten zu einem frühen Zeitpunkt der Entwicklung sind unerlässlich. In industriellen Umgebungen, in denen viel auf dem Spiel steht, tragen die über die Interface gelieferten Echtzeitinformationen direkt zur Sicherheit und Effizienz bei.

Als autorisierter GUI-Design-Partner von Variscite unterstützt Crank Industrieteams bei der Entwicklung robuster, intuitiver Benutzeroberflächen und beschleunigt so die digitale Transformation und die betriebliche Effizienz.

• Importieren Sie direkt aus Design-Tools wie Figma, Photoshop und Sketch.
• Geben Sie Entwicklern die Möglichkeit, mit einer Animationszeitleiste eine Vorschau anzuzeigen und die Benutzeroberfläche mühelos zu optimieren.
• Fügen Sie Grafiken Verhalten hinzu, ohne zu kodieren.
• Umfassende Komponentenbibliothek mit einer Liste einsatzbereiter Komponenten.
• Sorgen Sie mit Validator – unserem Testframework für GUI-Design – für die optimale Leistung von Benutzeroberflächen.
• Echtzeit-Ressourcenüberwachung und -optimierung für zielspezifische eingebettete Leistung.
• Reduzieren Sie Ihre Gesamtkosten durch einen geringeren Platzbedarf und wiederverwendbare GUI-Komponenten für andere Produkte und Geräte.
• Erhalten Sie Unterstützung von einem engagierten Expertenteam.

Unverwechselbare und dennoch benutzerfreundliche UIs

Um Sicherheit und Effizienz in industriellen Umgebungen zu gewährleisten, benötigen Maschinen durchdachte HMIs. Daher wenden sich immer mehr Unternehmen an UI-/UX-Experten, die sie bei der Entwicklung intuitiver Interfaces der nächsten Generation unterstützen. Die Umsetzung der Vision eines Designers in eine voll funktionsfähige HMI kann jedoch sowohl komplex als auch zeitaufwendig sein.

Storyboard, das GUI-Design- und Entwicklungstool von Crank, vereinfacht den Übergang vom Design zur Entwicklung, indem es Teams ermöglicht, Assets direkt aus Tools wie Figma, Photoshop und Sketch zu importieren. Damit entfällt die Notwendigkeit, Designs manuell neu zu erstellen. Designer und Entwickler können so effektiver zusammenarbeiten und den Entwicklungsprozess beschleunigen. Sobald eine Benutzeroberfläche fertiggestellt ist, werden ihre Komponenten – Layouts, Symbole und Interaktionen – als Grundlage im Storyboard verwendet, wobei Designabsicht und Präzision gewahrt bleiben. Dieser Ansatz rationalisiert die HMI-Entwicklung für Geräte mit geringem Stromverbrauch und eingeschränkten Ressourcen, die auf i.MX 93 und i.MX 95 SoMs basieren können.

Schnellerer Iterationsprozess

Storyboard ermöglicht eine schnelle Iteration von HMIs, da die Entwickler aktualisierte Designs ohne Unterbrechung der Entwicklungsabläufe erneut importieren können. Dies ist besonders wertvoll, wenn Änderungen in letzter Minute erforderlich sind, da so sichergestellt wird, dass die Updates schnell implementiert werden können, ohne den Zeitplan zu beeinträchtigen.

Storyboard verfügt außerdem über ein integriertes Test-Framework, das Entwicklern ermöglicht, die Leistung der Benutzeroberfläche frühzeitig und häufig zu bewerten. Indem die Teams Probleme früher erkennen, verringern sie das Risiko kostspieliger Nacharbeiten im weiteren Verlauf des Zyklus.

Zusammen rationalisieren diese Funktionen die UI-Entwicklung, was in rasanten Entwicklungsszenarien, in denen Systeme schnell und zuverlässig weiterentwickelt werden müssen, unerlässlich ist.

Zukunftssicherheit durch wiederverwendbare GUI-Anwendungen

HMIs für industrielle Geräte müssen nicht nur intuitiv sein, sondern auch mit den sich entwickelnden betrieblichen Anforderungen Schritt halten. Eine zukunftssichere UI-Anwendung erfordert Anpassungsfähigkeit, die durch wiederverwendbare Komponenten, strenge Tests und eine flexible Architektur erreicht wird. Dieser Ansatz hilft den Teams, neue Funktionen effizient zu integrieren und gleichzeitig die Zeit sowie die Kosten für die Neuentwicklung zu minimieren.

Storyboard von Crank unterstützt die skalierbare Entwicklung mit einer Bibliothek von vorgefertigten, wiederverwendbaren Komponenten, die den Einsatz über verschiedene Hardware und Produktlinien hinweg beschleunigen. Updates einer einzelnen Komponente können auf alle Instanzen übertragen werden, wodurch der Wartungsaufwand reduziert wird. Wiederverwendbare Testfälle vereinfachen die Validierung und künftige Erweiterungen.

Außerdem können Anwendungen, die auf einer Variscite-Plattform entwickelt wurden, leichter auf eine andere migriert werden, sei es zur Leistungssteigerung oder zur Kostenoptimierung. Diese Kompatibilität vereinfacht Hardware-Upgrades oder die Einführung von Varianten, wodurch Investitionen in die Benutzeroberfläche erhalten bleiben und gleichzeitig eine schnellere Markteinführung ermöglicht wird.

Ingenieur- und Designdienstleistungen

Von der Modernisierung industrieller Anwendungen mit intuitiven grafischen Benutzeroberflächen bis hin zur Bereitstellung von professionellem Grafikdesign und der Entwicklung eingebetteter Systeme bietet Crank umfassende, auf die Bedürfnisse der Kunden von Variscite zugeschnittene Engineering-Dienstleistungen. Der Schwerpunkt dieser Dienstleistungen liegt auf der Verbesserung des Benutzererlebnisses – entscheidend in industriellen Umgebungen, in denen Sicherheit, Benutzerfreundlichkeit und Effizienz an erster Stelle stehen.

Eine effektive industrielle GUI muss ein Gleichgewicht zwischen innovativem UX-Design und praktischer Funktionalität herstellen. Deshalb ist es so wichtig, die Interfaces von Anfang an richtig zu gestalten und sicherzustellen, dass sie benutzerfreundlich, visuell kohärent und für die Informationsverwaltung und Betriebssicherheit optimiert sind.

Wenn Sie mehr über das Designen und Entwickeln effektiver Benutzererlebnisse erfahren möchten, sehen Sie sich dieses Webinar mit Crank Software und Variscitean.