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HMI
(Human Machine Interface) System und Verfahren mit verborgenen Informationen
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Die
Erfindung betrifft ein HMI (Human Machine Interface) System und
ein Verfahren zur Darstellung von Informationen von technischen
Anlagen und Maschinen.
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HMI
(Human Machine Interface) bezeichnet zu Deutsch eine Mensch-Maschine
Schnittstelle. Ein HMI erlaubt einem Anwender das Bedienen einer Maschine,
das Beobachten von Anlagenzuständen und
falls erforderlich das Eingreifen in einen Prozess (siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Man-Machine_Interface).
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Ein
derartiges System bzw. Verfahren kommt beispielsweise in der Automatisierungstechnik
zum Einsatz, um einem Anwender eine Darstellung von Informationen
zum Bedienen und Beobachten einer Anlage zu ermöglichen.
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Die
Darstellung derartiger Informationen geschieht meist über einen
Bildschirm, beispielsweise ein Bedienpanel. In bestimmten Situationen
wie z.B. einem Fehler- oder Störfall
an einer Anlage werden häufig
Informationen angezeigt, die von dem Anwender aufgrund der Menge
oder der Art der Informationen nicht verarbeitet werden können. Um
eine Überforderung
des Anwenders in solchen Situationen zu vermeiden, wird die Bildschirmanzeige
daher kontextsensitiv und anwenderbezogen gestaltet. D. h. aus der
Flut der zur Verfügung
stehenden Informationen werden nur die dargestellt, die der Anwender
in einer bestimmten Situation benötigt und die der Qualifikation
des Anwenders gerecht werden. Eine derartige Vorgehensweise birgt
jedoch die Gefahr, dass wichtige Informationen, die u. U. dem Anwender
oder einem Spezialisten zur Behebung eines Stör-/Fehlerfalles nutzen könnten, mit
unterdrückt
werden.
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Aus
der
EP 1 445 686 A2 ist
eine HMI-Einrichtung mit mindestens einer Computer-Anwenderstation
zur Bedienung einer technischen Anlage bekannt, wobei die Computer-Anwenderstation
mindestens eine Netzwerkschnittstelle zur Verbindung mit einem externen
Datenserver zur Übertragung
von Kommunikationsdaten zur Behebung von Störungen der technischen Anlage
aufweist. Über
die Netzwerkschnittstelle hat der Anwender die Möglichkeit, eine Verbindung
mit einem externen Datenserver herzustellen und dort auf vorhandenes
Expertenwissen, insbesondere in Form von anwesenden Experten, zurückzugreifen.
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Aus
der
DE 199 10 621
C2 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbergen
von Informationen und Vorrichtung und Verfahren zum extrahieren
von Informationen bekannt. Es wird vorgeschlagen, in Textform vorliegende
Informationen zu verbergen, in dem ein ursprünglich vorliegender Text mit diesen
Informationen umformuliert wird, wobei die Informationen in dem
umformulierten Text verborgen sind. Zum Verbergen der Informationen
werden Formulierungsalternativen zu den Textbestandteilen des ursprünglichen
Textes gesucht, die grammatikalisch und lexikalisch zulässig sind.
Hierdurch ist gewährleistet,
dass der umformulierte Text, in dem die Informationen verborgen
sind, nicht auffällt,
da er keine künstlichen
Elemente umfasst sondern lediglich eine andere Art und Weise des
Ausdrückens
eines bestimmten Sachverhaltes ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine benutzer- und situationsgerechte
Informationsübermittlung
technischer Geräte
insbesondere im Automatisierungsumfeld zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Diese
Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.
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Unter
Steganografie wird allgemein die verborgene Übermittlung von Informationen
verstanden. Die steganografischen Informationen werden also von
einem nicht eingeweihten Betrachter überhaupt nicht wahrgenommen.
Daher erlaubt das erfindungsgemäße HMI System,
Informationen mittels der Wiedergabeeinheit versteckt bereitzustellen,
so dass ein Anwender, für
den diese Informationen nicht bestimmt sind, diese überhaupt
nicht registriert. Daher wird dieser Anwender von den steganografischen
Informationen auch nicht von den für ihn bestimmten Informationen
abgelenkt.
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Die
steganografischen Informationen können jedoch mit der Erfassungseinheit
erfasst und mit der Verarbeitungseinheit sichtbar gemacht werden. Auf
diese Weise können
die steganografischen Informationen insbesondere einem weiteren
Anwender, für
den diese Informationen bestimmt sind, bereitgestellt werden.
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Bei
vielen Mensch-Maschine-Schnittstellen werden Bedieninformationen
für einen
Anwender als Bildschirmausgabe bereitgestellt. Daher ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen HMI
Systems die Wiedergabeeinheit als Bildwiedergabeeinheit ausgeführt. Innerhalb
eines dargestellten Bildes können
versteckte Bildinformationen vorhanden sein, deren Existenz ein
nicht eingeweihter Anwender überhaupt
nicht wahrnimmt. Zur Sichtbarmachung dieser steganografischen Informationen
müssen
diese mit der Verarbeitungseinheit konvertiert werden.
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Zur
Erzeugung steganografischer Bildinformationen können verschiedene Techniken
eingesetzt werden wie z. B. das Degradieren von Bildern (image downgrading),
das Verstecken von Kanälen
oder die Erzeugung palettenbasierter Bilder. Bei derartigen Techniken
werden vorhandene Grafiken modifiziert, um Informationen in ihnen
zu verstecken.
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Eine
andere Möglichkeit
ist das Verstecken von generierten Grafiken, die sich alle ähneln und dann
eingeblendet werden können.
Hier wird also keine vorhandene Grafik zum Verstecken von Informationen
verändert,
sondern eigens zum Verstecken eine Grafik erzeugt. Beim bloßen vergleichen
der jeweils erzeugten Grafiken ist aber eventuell nicht sofort ein
Unterschied erkennbar, d. h. die zusätzlichen Informationen bleiben
verborgen und irritieren nicht den normalen Anwender.
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Vor
dem Konvertieren der steganografischen Bildinformationen müssen diese
zunächst
erfasst werden. Dies kann zum Beispiel in Form eines Screenshots
oder einer Kopie der Bildschirmausgabe geschehen. Eine derartige
Vorgehensweise bietet sich insbesondere dann an, wenn die Bildschirmausgabe
von einem Computer erzeugt wird. In diesem Fall kann als Erfassungseinheit
die CPU des Computers gesehen werden, die eine aktuelle Bildschirmausgabe
insbesondere in einem Pixelformat in einem Speicher abspeichert.
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Alternativ
kann die Erfassungseinheit als Kamera ausgeführt sein. Mit der Kamera wird
die Bildschirmausgabe abgelichtet. Das erzeugte Abbild der Bildschirmausgabe
kann anschließend
mit der Verarbeitungseinheit konvertiert werden, um die versteckten
Informationen sichtbar zu machen.
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Denkbar
ist auch eine akustische Wiedergabe steganografischer Informationen,
wobei die Wiedergabeeinheit als Tonwiedergabe einheit und die Erfassungseinheit
als Mikrophon ausgeführt
sind. Hierbei können
die Informationen beispielsweise in digitalen Tönen/Klängen versteckt werden (Phasen
Kodierung).
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen HMI-Systems
ist die Wiedergabeeinheit zur Wiedergabe von Bedieninformationen für einen
ersten Anwender vorgesehen. Insbesondere im störungsfreien Betrieb eines Automatisierungsgerätes erhält der erste
Anwender die zur Steuerung eines Prozesses notwendigen Bedieninformationen direkt über die
Wiedergabeeinheit. Die Wiedergabeeinheit kann hierbei z.B. als Standardbedienpanel
für das
Automatisierungssystem ausgeführt
sein. Tritt ein Störungsfall
an dem Automatisierungsgerät
auf, so werden steganografische Informationen über das Bedienpanel eingeblendet.
Die steganografischen Informationen sind für den ersten Anwender nicht
erkennbar. Daher wird der erste Anwender durch die eingeblendeten
zusätzlichen
steganografischen Informationen, die ausschließlich Informationen hinsichtlich
des Fehlerfalls darstellen, nicht von seiner normalen Bedientätigkeit
abgelenkt. Die Bildschirmwiedergabe kann jedoch von einer Erfassungseinheit erfasst
und von der Verarbeitungseinheit derart konvertiert werden, dass
die steganografischen Informationen z.B. für einen zweiten Anwender sichtbar
gemacht werden können.
Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Anwender um einen
Spezialisten, für
den die eingeblendeten steganografischen Informationen eine wertvolle
Hilfe bei der Behebung des Fehlerfalles darstellen.
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Insbesondere
wenn ein zweiter Anwender, der sich an einem anderen Ort als der
erste Anwender befindet, die steganografischen Informationen erfassen
soll, ist es zweckmäßig, dass
das HMI-System mit einer weiteren Wiedergabeeinheit zur Wiedergabe
der auswertbaren Informationen ausgeführt ist. Hierbei kann es sich
beispielsweise um einen Bildschirm handeln. Ein denkbares Szenario
wäre also,
dass der erste Anwender im Fehlerfall ein Screen-Shot einer durch
die Wiedergabeeinheit dargestellten Bildinformation erstellt und
diese dem zweiten Anwender zukommen lässt. Der zweite Anwender kann
mittels der Verarbeitungseinheit die steganografischen Bildinformationen
konvertieren, so dass diese mit der weiteren Wiedergabeeinheit dargestellt
werden können.
Der zweite Anwender kann mit Hilfe dieser Informationen die notwendigen
Servicehandlungen durchführen,
um einen störungsfreien
Betrieb der Anlage wiederherzustellen.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
des HMI-Systems ist dieses mit einem Augmented Reality System gekoppelt.
In diesem Fall ist es zweckmäßig, dass
die weitere Wiedergabeeinheit als Datenbrille ausgeführt ist.
Die Datenbrille dient in einem Augmented Reality System in der Regel
dazu, zusätzliche
virtuelle Informationen in das Sichtfeld des Anwenders einzublenden.
Die genannte Ausführungsform
der Erfindung ermöglicht
es nun, mit Hilfe der Datenbrille die mit der Erfassungseinheit
erfassten und mit der Verarbeitungseinheit konvertierten steganografischen
Informationen über
die Datenbrille in das Sichtfeld des Anwenders einzublenden. Auf diese
Art und Weise kann ein Anwender, der eine solche Datenbrille trägt, einen
Bildschirm betrachten und die steganografischen Informationen erkennen, die
für einen
ersten Anwender nicht sichtbar sind.
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Anstelle
der weiteren Wiedergabeeinheit oder auch zusätzlich zu dieser kann eine
weitere Verarbeitungseinheit zur maschinellen Verarbeitung der auswertbaren
Informationen innerhalb des HMI-Systems verwendet werden. In einer
solchen Ausführungsform
werden die steganografischen Informationen nicht von einem zweiten
Anwender erfasst, sondern direkt der weiteren Verarbeitungseinheit
zur Verfügung
gestellt. Im Fehlerfall werden auf diese Weise automatisch von der
weiteren Verarbeitungseinheit die notwendigen Maßnahmen in die Wege geleitet.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen HMI
System umfasst einen RFID-Tag zur Speicherung der steganografischen
Informationen, wobei die Erfassungseinheit zum Auslesen des RFID-Tags
vorgesehen ist. RFID (Radio Frequency Identification) bezeichnet
eine dem Fachmann bekannte Methode, um Daten auf einem Transponder,
der auch als RFID-Tag
bezeichnet wird, berührungslos
und ohne Sichtkontakt Lesen und Speichern zu können (siehe z.B.
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http://de.wikipedia.org/wiki/rfid).
Die verborgenen Informationen können
z.B. in einem in das Panel integrierten RFID-Tag hinterlegt werden. Somit sind diese
Informationen für
den „normalen" Bediener nicht sichtbar
und dieser wird nicht verwirrt. Ein Spezialist mit entsprechendem
RFID-Lesegerät
kann auf diese Informationen zugreifen, ohne Veränderungen am Bedienbild vorzunehmen.
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Ferner
kann auch eine mit einem Augmented Reality Werkzeug gekoppelte RFID-Leseeinheit
verwendet werden, um die verborgenen Informationen auszulesen und
in eine Datenbrille einzublenden.
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Ein
Handy mit integrierter RFID-Leseeinheit kann ebenfalls auf die verborgenen
Informationen zugreifen und in das Handydisplay einblenden bzw. per
MMS an einen Spezialisten schicken.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
eines HMI-Systems zur Wiedergabe steganografischer Informationen,
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2 eine
zweite Ausführungsform
eines HMI-Systems zur Wiedergabe steganografischer Informationen
und
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3 ein
Augmented Reality System, welches unter Anderem als HMI System zur
Darstellung steganografischer Information verwendet wird.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines HMI-Systems zur Wiedergabe steganografischer Informationen.
Das HMI-System weist eine Wiedergabeeinheit 1 auf, die
als Bildwiedergabeeinheit ausgeführt
ist. Bei der Bildwiedergabeeinheit 1 handelt es sich beispielsweise
um ein Touchpanel zur Bedienung eines Automatisierungsgerätes. Ein
erster Anwender 6 erhält über das
Touchpanel 1 zur Bedienung des Automatisierungsgerätes notwendigen
Bedieninformationen 5a, 5b.
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Auf
der Bedienoberfläche
des Touchpanel ist ebenfalls ein Logo 2 dargestellt, welches
beispielsweise die Bediensoftware kennzeichnet. Innerhalb des Logos 2 können nun
im Bedarfsfall steganografische Bildinformationen hinterlegt sein.
Anstelle des Logos 2 kann selbstverständlich auch eine andere z. B.
zusätzliche
Grafik zur Hinterlegung der steganografischen Informationen verwendet
werden.
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Das
mit dem Touchpanel dargestellte Bild wird von einer Erfassungseinheit 3 erfasst.
Bei der Erfassungseinheit 3 handelt es sich um eine an
das Internet angeschlossene Webcam 3. Die erfassten Bildinformationen
sind von einem zweiten Anwender 7 über das Internet zugreifbar.
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Mit
Hilfe einer zweiten Wiedergabeeinheit 4, bei der es sich
beispielsweise um den Bildschirm eines Laptops handelt, ist der
zweite Anwender 7 in der Lage, die steganografischen Informationen
darzustellen. Um die steganografischen Informationen sichtbar zu
machen, enthält
der Laptop 4 eine Verarbeitungseinheit, die die von der
Erfassungseinheit bzw. der Webcam 3 erfassten Bildinformationen
in ein für
den Anwender 7 sichtbares Format konvertiert. Bei der Verarbeitungseinheit
kann es sich beispielsweise um die CPU des Laptops handeln.
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Auf
diese Weise ist der Anwender 7 in der Lage, die innerhalb
des Logos 2 versteckten Informationen zu interpretieren.
Tritt nun beispielsweise am Automatisierungsgerät ein Fehlerfall auf, so werden in
dem Logo 2 entsprechende Serviceinformationen in steganografischer
Weise hinterlegt. Diese Informationen sind für den ersten Anwender 6 vor
Ort nicht erkennbar und lenken diesen somit auch nicht von seinem
Tagesgeschäft
ab. Der erste Anwender 6 wird nicht mit Informationen überflutet,
die er mit den ihm zur Verfügung
stehenden Kenntnissen nicht verarbeiten kann.
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Bei
dem zweiten Anwender 7 handelt es sich um einen Spezialisten,
der in der Lage ist, die steganografischen Informationen zu interpretieren
und entsprechende Maßnahmen
in die Wege zu leiten, um den Fehlerfall zu beheben.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen HMI-Systems
zur Darstellung steganografischer Informationen. Auch in dieser Ausführungsform
sind die steganografischen Informationen innerhalb des Logos 2 der
Bediensoftware hinterlegt. Als Erfassungseinheit wird in dieser
Ausführungsform
ein Fotohandy 8 verwendet, mit dem die Bildschirmausgabe
der Wiedergabeeinheit 1 abfotografiert wird. Das Fotohandy 8 enthält darüber hinaus
eine Verarbeitungseinheit, mit der die innerhalb der Logos 2 hinterlegten
steganografischen Informationen in ein für einen Anwender sichtbares
Format konvertiert werden können.
Auf diese Art und Weise können
die steganografischen Informationen innerhalb eines Displays des
Handys 8 für
den Anwender sichtbar gemacht werden.
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Alternativ
ist auch denkbar, mit dem Fotohandy 8 den Bildschirm der
Wiedergabeeinheit 1 abzufotografieren, und das erfasste
Bild via MMS an einen entfernt sitzenden Spezialisten zu übermitteln. Dieser
Spezialist liest die empfangene MMS und ist in der Lage, die innerhalb
des Logos 2 hinterlegten Serviceinformationen zu interpretieren
und entsprechende Maßnahmen
einzuleiten.
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Auch
in dieser Ausführungsform
ist der Anwender des Automatisierungssystems, der mit Hilfe der
Wiedergabeeinheit das Automatisierungssystem bedient, nicht mit
Informationen überflutet,
die er nicht verarbeiten kann. Die innerhalb des Logos 2 hinterlegten
steganografischen Informationen sind für diesen Anwender nicht sichtbar,
so dass er sich voll und ganz auf die für ihn bestimmte Bedieninformation 5a, 5b konzentrieren
kann. Tritt nun ein Fehlerfall an der Anlage auf, so kann der Anwender
mit Hilfe des Fotohandys 8 einfach den Bildschirm des Bedienpanels 1 abfotografieren,
und eine MMS an einen entsprechenden Spezialisten schicken, der
in der Lage ist, aus den steganografischen Informationen die notwendigen
Servicemaßnahmen
abzuleiten.
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Eine
derartige versteckte Informationsübermittlung ist systemunabhängig. Es
wird lediglich vorausgesetzt, dass der entfernt sitzende Spezialist
den Algorithmus zum Verstecken der Informationen innerhalb des Logos 2 kennt
und diesen Algorithmus entsprechend anwenden kann, um die versteckten Informationen
zu entschlüsseln.
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Ein
großer
Vorteil eines derartigen HMI Systems ist, dass in einem Fehlerfall
die zur Behebung des Fehlerfalls relevanten Informationen auf dem
Bedienpanel 1 dargestellt werden können, ohne den normalen Anwender
des Bedienpanels dadurch mit unnötigen
Informationen zu überfordern.
Trotzdem stehen diese Informationen sofort z.B. einem Servicetechniker
zur Verfügung.
Der Servicetechniker benötigt
keine speziellen Softwaretools, die eventuell gar nicht auf dem
Panel installiert bzw. zugängig
sind, um die zusätzlichen
Informationen auszuwerten. Um an die entsprechende Information zu
kommen, muss die gewöhnliche
Bedienmaske des Automatisierungsgeräts noch nicht einmal verlassen
werden.
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3 zeigt
ein Augmented Reality System, welches unter Anderem als HMI System
zur Darstellung steganografischer Information verwendet wird. Hierzu
enthält
das Augmented Reality System eine Kamera 3 die als Erfassungseinheit
des HMI Systems fungiert. Ein Anwender 10 eines derartigen
Systems trägt
eine Datenbrille 9, mit der sich Augmented Reality Informationen
in das Sichtfeld des Anwenders 10 einblenden lassen.
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Auf
einem Bedienpanel 1 eines Automatisierungssystems werden
dem Anwender sowohl Bedieninformationen 5a, 5b dargestellt
als auch steganografische Informationen, die innerhalb eines Logos 2 versteckt
sind. Die steganografischen Informationen bzw. das Logo 2 befinden
sich im Erfassungsbereich der Kamera 3. Mit Hilfe einer
Verarbeitungseinheit werden die von der Kamera 3 erfassten
Informationen in sichtbare Bildinformationen konvertiert und mit
Hilfe der Datenbrille 9 in das Sichtfeld des Anwenders 10 eingeblendet.
Mit dem dargestellten System ist der Anwender 10 in der
Lage, Informationen zu erfassen, die einem normalen Betrachter der
Bildschirmoberfläche
verborgen bleiben.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen HMI
Systems ist ein entscheidender Vorteil, dass der Anwender 10 keine
speziellen auf die Bediensoftware abgestimmten Softwaretools benötigt, um
die Zusatzinformationen zu bekommen. Es muss lediglich der Algorithmus
bekannt sein, mit dem die Informationen innerhalb des Logos 2 versteckt wurden.
Somit kann sogar ein HMI System eingesetzt werden, welches nicht
typgleich mit dem Hersteller des Bedienpanels 2 ist.
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Die
vorliegende Erfindung soll nicht auf die hier exemplarisch gezeigten
Ausführungsformen
beschränkt
sein. Vielmehr sind weitere Ausführungsformen
denkbar und von der Erfindung umfasst, solange der Grundgedanke,
verborgene Informationen mit einer Erfassungseinheit zu erfassen
und mit einer Verarbeitungseinheit derart zu konvertieren, dass auswertbare
Informationen zur Verfügung
gestellt werden, erhalten bleibt. Anstelle einer Kamera oder eines
Fotohandys kann auch ein Screenshot einer Bildschirmausgabe gemacht
werden. Die so erfassten Daten können
z.B. über
ein Intranet oder das Internet einem entfernt sitzenden Anwender
zur Verfügung
gestellt werden. Verfügt
dieser über
eine Verarbeitungseinheit zur Konvertierung der empfangenen Daten,
so stehen ihm die ursprünglich
steganografischen Informationen nun als auswertbare Informationen
zur Verfügung.
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Weitere
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen HMI
Systems sind denkbar, bei denen die steganografischen Informationen
nicht als Bildinformation sondern als Toninformation hinterlegt
sind. In diesem Fall bietet sich an, als Erfassungsein heit anstelle
einer Kamera ein Mikrofon zu verwenden. Die so empfangenen akustischen
Informationen können mit
Hilfe einer Verarbeitungseinheit in hörbare Toninformationen konvertiert
werden.