Integration von HMI-Systemen mit Simulation: Strategisches Fundament der Ressourcenoptimierung in Industrie 5.0
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Integration von HMI-Systemen mit Simulation: Strategisches Fundament der Ressourcenoptimierung in Industrie 5.0

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Martin Szerment

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Veröffentlicht auf 1. September 2025

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Einführung

Im Zeitalter der digitalen Transformation erreichte der globale Markt für Human-Machine-Interfaces (HMI) im Jahr 2024 einen Wert von 24,5 Milliarden USD. Bis 2033 wird ein Wachstum auf 55,2 Milliarden USD bei einer CAGR von 9,7 % erwartet. Gleichzeitig wuchs der Markt für Simulationssoftware von 19,95 Milliarden USD im Jahr 2024 auf prognostizierte 36,22 Milliarden USD bis 2030 mit einer CAGR von 10,4 %. Diese Trends verdeutlichen einen grundlegenden Wandel im Ansatz zur Optimierung von Produktionsressourcen.

Die Integration fortschrittlicher HMI-Systeme mit Simulationswerkzeugen ist ein zentraler Bestandteil der Strategien von Industrie 5.0 und ermöglicht es Unternehmen, messbare finanzielle und operative Vorteile zu erzielen. Laut McKinsey erfüllen 70 % der Investitionen in digitale Fertigungslösungen nicht die angestrebten Ziele – was weltweit jährliche Verluste von rund 1,6 Billionen USD bedeutet.

Transformation der Rolle von HMI in Smart Factories

Technologische Evolution

Moderne HMI-Systeme haben sich von einfachen Steuerungsoberflächen zu hochentwickelten Produktionsleitzentralen entwickelt. Mordor Intelligence berichtet, dass der Marktwert 2020 bei 3,71 Milliarden USD lag und bis 2026 auf 7,24 Milliarden USD wachsen wird (CAGR 10,3 %).

HMI-Systeme gemäß den Prinzipien von Industrie 5.0 sind IoT-kompatibel und spielen eine Schlüsselrolle beim Datenmanagement für prädiktive Instandhaltung und Optimierung.

Zentrale Funktionen

  • Echtzeit-Datenerfassung und -analyse:
    HMI in Industrie 5.0 bewältigen weitaus höhere Datenvolumina als klassische DCS-, SCADA- oder PLC-Systeme.
    IoT-Integration ermöglicht die Überwachung von Temperatur, Vibration und Druck zur vorausschauenden Wartung.

  • Erweiterte Benutzeroberflächen:
    Touchscreens hielten 2024 einen Marktanteil von 71 % dank handschuhfreundlicher kapazitiver Schichten und chemisch gehärtetem Glas.
    AR-/VR-Schnittstellen wachsen mit 18,7 % CAGR am schnellsten und verändern die Interaktionsmuster der Bediener.

Simulation als strategisches Optimierungswerkzeug

Markt und Anwendungen

Die Fertigungsindustrie stellte 2024 den größten Marktanteil für Simulationssoftware dar – genutzt zur Optimierung von Prozessen wie Bearbeitung, Schweißen, Gießen und Montage.

Wichtige Vorteile

  • Kostensenkung:
    Virtuelles Testen und Validieren reduziert Prototyping- und Entwicklungskosten erheblich.

  • Ressourcenoptimierung:
    Simulationsbasierte Optimierungsmodelle (SBOM) kombiniert mit hybriden Schwarmalgorithmen und Digital-Twin-Technologien liefern datengestützte, umsetzbare Lösungen.

Integration von HMI und Simulation: Ein synergetisches Modell

Systemarchitektur

  • Lokale Controller bewerten Ressourcenentscheidungen und übermitteln Ergebnisse an die zentrale Steuerung.

  • Zentrale Controller führen hochrangige Simulationen durch.

  • HMI-Systeme bieten Schnittstellen und Visualisierung der Simulationsergebnisse.

Implementierungsprozess

  • Phase 1: Datensammlung – HMI liefert Echtzeitdaten, Integration mit MES, ERP und SCADA.

  • Phase 2: Modellierung – Erstellung von Simulationsmodellen und digitalen Zwillingen.

  • Phase 3: Optimierung – Szenarienanalyse und KPI-Auswertung.

  • Phase 4: Implementierung – Umsetzung in Produktionssysteme und Monitoring über HMI.

KPIs und ROI

  • Gesamtanlageneffektivität (OEE):
    Weltweit liegt der Durchschnitt bei 40–60 %, Weltklassewerte bei 85 %.

  • Finanzielle Wirkung:
    Median-ROI von 140 % für Standard-Analytics-Tools gegenüber 104 % für maßgeschneiderte Lösungen.

Fallstudien:

  • Tier-One-Automobilwerk: 90,5 Mio. USD Einsparung durch zustandsbasierte Wartung (CBM).

  • Verbesserte Asset-Tracking-Systeme: 60,1 Mio. USD Einsparung in 5 Jahren.

  • Pharmaindustrie: OEE-Steigerung von 37 % auf 60 % → 20–60 % mehr Durchsatz, 14–16 Mio. USD Mehrertrag jährlich.

  • KI & ML: Verbesserte Entscheidungen, prädiktive Wartung.

  • AR/VR: Von 8 Mio. Unternehmensgeräten (2024) auf 21 Mio. (2030).

  • Cybersicherheit: Umstieg auf Zero-Trust-Architekturen.

Regionale Märkte:

  • Asien-Pazifik: Marktführer mit 38 % Anteil (2024).

  • Nahost & Afrika: Schnellstes Wachstum (9,8 % CAGR).

Herausforderungen und Strategien

  • Kosten: 63 % der Führungskräfte nennen Budgetgrenzen.

  • Legacy-Systeme: Schwierige Integration mit neuen Technologien.

Strategien:

  • Pilotprojekte → Skalierung bei nachweisbarem ROI.

  • Investition in Schulungen (35 % der Mitarbeiter ohne digitale Kompetenzen).

Strategische Empfehlungen

  • KMU: Kleine Schritte, Cloud-OEE-Lösungen, ROI-Fokus.

  • Großunternehmen: Ganzheitliche HMI-Simulationsstrategie, Zero-Trust-Sicherheit, Technologiefusionen.

Fazit

Die Integration von HMI-Systemen und Simulation ist ein Eckpfeiler von Industrie 5.0. Erfolgreiche Unternehmen erzielen:

  • 20–60 % höhere Durchsatzraten,

  • 25–50 % weniger Stillstandszeiten,

  • ROI von 140–245 %.

Die Zukunft der Smart Factories gehört den Unternehmen, die HMI und Simulation synergetisch verbinden und so maximale Effizienz und Ressourcennutzung realisieren.

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