От перегрузки к фокусировке: изучаем роль современных HMI в промышленной автоматизации
Привет, Хабр!
Сегодня производственные процессы становятся все более масштабными, на заводах внедряются сложные цифровые системы и оборудование. Это приводит к увеличению нагрузки на операторов технологических установок, что в свою очередь негативно сказывается на эффективности и безопасности работы предприятий. В этих условиях совершенствование человеко-машинных интерфейсов (HMI — Human-Machine Interface) становится оружием, которое оптимизирует объем информации, поступающей к оператору, и существенно снижает производственные риски.
Когда данных слишком много: почему операторы не справляются с потоком сигналов
В современном мире растет нагрузка на органы чувств человека. Ежеминутно на нас обрушиваются потоки информации: рекламные баннеры и видеоролики, разноцветные презентации клиентов, партнеров, подрядчиков, промо-материалы собственного предприятия, телефонные звонки, сообщения в мессенджерах. Каждый хотя бы раз находился в ситуации, когда от обилия информации «голова кипит».
Аналогичную, и даже бОльшую, нагрузку получает оператор автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) особенно в сложных производственных ситуациях. Специалисты получают множество звуковых и визуальных сигналов от различных датчиков, программ, оборудования и систем.
Человеко-машинный интерфейс, он же Human Machine Interface (HMI) — технология, с помощью которой оператор управляет оборудованием, осуществляет его мониторинг и контроль. Когда количество сигналов в этом интерфейсе становится чрезмерным, оператору становится сложно различать, какие из них требуют немедленного внимания, а какие в данной ситуации вторичны. Это приводит к реактивной модели поведения. Постоянно слыша одни и те же звуки системы или наблюдая идентичные световые вспышки датчиков, специалист постепенно перестает их замечать. Внимание привлекают только необычные сигналы, которые могут свидетельствовать о неполадке. Однако определить точную причину звукового или графического оповещения на слух или визуально зачастую невозможно.
В результате оператор становится пассивным звеном в управлении технологической установкой, что негативно сказывается на ее эффективности и безопасности. Дополнительные сложности создает и дефицит квалифицированных кадров в области внедрения и эксплуатации АСУ ТП.
Предложение группы «Рексофт» по усовершенствованию HMI
Подход группы «Рексофт» — ИТ-консультанта по трансформации бизнеса при помощи инновационных технологий и системного интегратора в области промышленной автоматизации — представляет собой комплексное усовершенствование HMI для повышения безопасности и эффективности управляемости производства даже при минимальном числе операторов.
Оно достигается за счет двух факторов:
Первый — естественное снижение визуальной нагрузки. Команда департамента промышленной автоматизации «Рексофт» модернизирует мнемосхемы, делая их комфортнее для восприятия, чтобы операторам легче было смотреть на них в течение смены.
Второй фактор — уменьшение числа сигнализаций. Решение «Рексофт» позволяет свести количество всего, что моргает, звенит, пищит, шумит в АСУ ТП, к оптимальному минимуму и держать этот уровень на протяжении всего жизненного цикла системы.
Для достижения этих целей «Рексофт» предлагает многоступенчатый подход к внедрению усовершенствований. На первом этапе проводится обследование, включающее анализ существующих АСУ ТП, СУУ ТП, МПА, технологических качеств с целью понимания и оценки «узких мест». Затем разрабатывается персонализированная концепция человеко-машинного интерфейса, включающая подходы по снижению числа сигнализаций, расчеты достижимых эффектов и методы реализации проекта, а также формируется команда на стороне заказчика.
На этапе разработки происходит проектирование систем по подавлению сигнализаций, разработка высокоэффективных мнемосхем и модернизация существующих. Кроме того, на этой стадии осуществляется проектирование необходимых изменений в АСУ ТП и других системах, а также разработка систем управления сигнализациями (Alarm Management). Далее следует этап внедрения, включающий поставку и монтаж оборудования, настройку и модернизацию существующих и новых систем, опытную эксплуатацию, а также обучение пользователей и специалистов заказчиков.
После успешного внедрения всех решений «Рексофт» обеспечивает непрерывную поддержку заказчиков для достижения заявленных целей и поддержания высокого уровня эффективности и безопасности на протяжении всего жизненного цикла систем.
Этапы проекта
Как адаптировать мнемосхемы? Меньше цвета и движений — ниже производственные риски
В HMI важная роль отводится мнемосхемам. Это визуальное изображение (в виде картинок, диаграмм, чертежей, рисунков и т.д.) объекта, которым управляет оператор. Оно показывает в режиме реального времени, как проходит производственный процесс и в каком состоянии находится оборудование.
Мнемосхемы в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) часто далеки от идеала. При их разработке внимание зачастую уделяют модным тенденциям графического дизайна — анимации, 3D-изображениям, разнообразной палитре цветов, «красивым» динамическим объектам. Несмотря на внешнюю привлекательность, такие мнемосхемы создают значительную, но бессмысленную, нагрузку на глаза оператора, снижая эффективность его работы, тем самым повышая риски предприятия.
Для решения этой проблемы информационного шума группа «Рексофт» предлагает свою уникальную экспертизу по модернизации мнемосхем. При этом адаптации подвергаются следующие элементы:
навигация;
цветовые схемы;
шрифты;
статические объекты;
динамические объекты;
решения «одного окна».
Кроме того, меню перенастраивается так, чтобы оператору приходилось делать меньше кликов для реализации определенной функции.
Команда инженеров «Рексофт» переосмыслила иерархию мнемосхем, оставив в ней четыре уровня. Компоновка производилась не по технологическому признаку, а по свойству консолидации информации.
Уровни иерархии | Что показывается оператору | В чем польза |
|---|---|---|
Уровень 1. Сводка основных ключевых технологических параметров | Наглядное, простое графическое изображение текущего состояния технологического процесса — например, сколько установок управляется оператором, а сколько — АСУ ТП; как обстоят дела с сигнализациями, с блокировками | Оператору не требуется всматриваться в детали, анализировать подробности, концентрировать внимание. Достаточно окинуть взглядом экран и понять, в каком состоянии технологический процесс, где есть проблемы. Такая визуализация может стимулировать оператора к проактивным действиям. Например, он заметит, что количество контуров, управляемых в ручном режиме, слишком велико, и предпримет шаги для выяснения причин. Когда мозг не перегружен лишней информацией, решение задачи становится значительно проще. |
Уровень 2. Визуализация технологических агрегатов | Человек видит минимальное количество цифр — только те, которые свидетельствуют о неисправности. Если с процессом все хорошо, вместо чисел оператор видит полосчатый индикатор со стрелкой. | Увеличивается скорость реакции, так как быстрое визуальное представление позволяет оперативно выявить проблемы и своевременно принять меры. Кроме того, повышается концентрация оператора, который может сосредоточиться на действительно важных аспектах работы, не отвлекаясь на второстепенные данные. |
Уровень 3. Визуализация конкретных технологических участков | Подробное изображение конкретных узлов, агрегатов и т.д. | Оператор не перегружен потоком чисел, поэтому, когда видит основные цифры, то способен быстро понять, где именно произошла неполадка. |
Уровень 4. Опциональный: вспомогательные технологические экраны | Детальная визуализация | Оператор оценивает информацию на таком уровне только в случае крайней необходимости. |
Пример схемы первого уровня
Пример схемы второго уровня
Сейчас на производствах в большинстве случаев все данные, которые должны отображаться только в релевантных ситуациях (уровень 3), демонстрируются оператору сразу на экране АСУ ТП. Это приводит к перегрузке информацией, затрудняя возможность уловить действительно важные сигналы и отличить главное от второстепенного.
В иерархии, которая разработана «Рексофт», объем информации на уровнях 1 и 2 является достаточным — оператор будет проводить на них около 70% времени.
Все описанные выше решения компания «Рексофт» готова внедрять на существующих системах заводов-клиентов. Для этого не требуется покупать новое программное обеспечение или получать дополнительные лицензии. Если на предприятии уже установлена иностранная или отечественная АСУ ТП, специалисты «Рексофт» готовы провести адаптацию мнемосхем в уже существующей среде разработки.
Сигнализация от концепции до аудита: какие нужны изменения
Поток сигнализаций также является важной частью информационной нагрузки на оператора. Большое количество сигналов может привести к снижению концентрации и ошибкам. Это подтверждается результатами недавней аналитики «Рексофт», в ходе которой эксперты выяснили, что большое количество сигнализаций является одной из ключевых проблем современных производственных процессов. Важности этого вызова подтвердили более 25% респондентов.
Если оператор сталкивается с более чем одной сигнализацией в минуту, это создает чрезмерную нагрузку, которая может привести к ошибкам и снижению эффективности работы. Частота в одну сигнализацию каждые две минуты также считается высокой и может быть избыточной для большинства операторов, однако этот показатель является средним значением по промышленности.
Поток сигнализаций также является важной частью информационной нагрузки на оператора
В свою очередь, одна сигнализация в пять минут считается контролируемой и допустимой. Операторы могут эффективно реагировать без ощутимой перегрузки. Оптимальной же является частота менее одной сигнализации в течение десяти минут. В этом случае нагрузка на оператора минимальна, что позволяет ему эффективно выполнять свои обязанности.
Стадии управления жизненного цикла сигнализациями в России описаны в нормативных документах ГОСТ Р МЭК 62682–2019, ГОСТ Р 56936–2016.
В соответствии с этими стандартами определены несколько важных этапов, которые непосредственным образом влияют на качество работы системы сигнализации и количество сигнализаций в ней.
Стадии управления жизненного цикла сигнализациями
На каждом из них «Рексофт» может внести такие изменения, которые позволят снизить нагрузку на оператора.
Стадии менеджмента жизненного цикла сигнализации | Виды работ, выполняемых «Рексофт» |
|---|---|
Концепция | Создание нового или модернизация существующего регламента по работе с сигнализацией. Разработка критериев приоритизации. |
Идентификация, рационализация, детальное проектирование, внедрение | Разработка и адаптация технологического регламента. Часто сигнализации в таких документах ошибочно дублируются, ставятся там, где не нужны. Специалисты «Рексофт» пересматривают регламенты заводов-клиентов, вносят необходимые изменения, существенно влияющие на работу АСУ ТП. |
Эксплуатация, техническое обслуживание | Внедрение средств, инструментов для работы с сигнализациями на уровне АСУ ТП. Например, в аварийных режимах важно по определенному критерию временно подавлять те оповещения, которые не так важны для текущей работы. Полезно роботизировать повторяющиеся процессы. Такой вид автоматизации осуществляется на операторском уровне, а программа в контроллере не затрагивается. В результате снижается объем работы оператора. При возникновении события робот начинает на технологическом и операторском уровнях выполнять действия, исключая ненужную информацию и оставляя ту, на которую стоит обратить внимание в первую очередь. |
Управление изменениями | Перенастройка системы по результатам проведенного анализа. |
Контроль и оценка | Внедрение системы оценки сигнализации. Существуют множество метрик (специализированных отчетов), с помощью которых можно видеть такие аспекты, как, например, повторяющиеся, дребезжащие или долгоиграющие сигнализации. Отчеты позволяют понять, как на следующем этапе изменить систему настройки, чтобы в дальнейшем не было ненужных действий. |
Аудит | Проведение комплексной проверки методологии, оборудования и прочих специализированных работ, которые должны проводиться с сигнализацией регулярно. |
Какой эффект получает завод
Снижение потока визуальных и звуковых сигналов, получаемых оператором, приводит к ряду положительных результатов:
Улучшается эргономика — оператору становится комфортнее находиться перед экраном и наблюдать за работой АСУ ТП.
Уменьшается число лишних манипуляций, ручных действий — оператору проще и быстрее добраться до нужной информации благодаря меньшему числу кликов.
Повышается вовлеченность оператора, так как он фокусируется только на важных сигналах.
Растет качество управления, благодаря переходу на проактивное управление — персонал своевременно реагирует на оповещения, не доводя ситуацию до чрезвычайного происшествия. В результате снижается число аварий.
Происходит оптимизация трудовых ресурсов — если ранее для контроля за технологической установкой привлекались 5–6 операторов, теперь достаточно 2–3.
Улучшение HMI, мнемосхем, технологических и управленческих решений, связанных с сигнализациями — важное звено модернизации производства. С его помощью легче снизить риски нарушений, сбоев в работе оборудования и повысить результативность завода.
