Усовершенствованный HMI: современная концепция управления технологическим процессом

В любой компании, на любом производстве процессы мониторинга состояния технологических систем построены по одинаковому принципу. На рабочие места операторов выводится информация из многочисленных информационно-управляющих систем, как правило, в формате мнемосхем. Сотрудники получают сигналы и предупреждения в случае возникновения неполадок, сбоев или отклонений от норм технологического режима в ключевых параметрах работы систем.

Такой интерфейс взаимодействия человека и информационных систем (HMI — Human to Machine Interface) является стандартным, а его разновидности используются повсеместно на любых АСУ ТП. Однако в 99% случаев традиционная и широко распространенная концепция HMI создает избыточную нагрузку на операторов, что приводит к несвоевременной реакции технологического персонала на уведомления и, как следствие, к выходу из стабильного режима работы установки, появлению брака, простоям или даже к поломкам оборудования. К числу основных проблем, с которыми сталкиваются современные производственные компании в связи с этим, можно отнести следующее:

• множество запутанных и неудобных мнемосхем — диспетчер не сразу видит и не сразу понимает, что происходит;
• слишком много уведомлений и сигнализаций — человеческого внимания просто не хватает, чтобы вовремя отреагировать;
• отсутствие четкой приоритезации — из-за одинакового приоритета сигналов более опасные для процесса события могут уйти на второй план.

Современный подход к HMI

На самом деле все предпосылки для модернизации подхода к работе с мнемосхемами и улучшения HMI для операторов продиктованы российскими и международными стандартами, такими как ГОСТ Р МЭК 62682-2019 «Системы аварийной сигнализации для обрабатывающей промышленности» и ISA 101 «Стандарты интерфейса человек-компьютер». В них описаны подходы, которые сегодня наша компания «Рексофт» внедряет на практике. Они позволяют снизить информационную нагрузку на оператора за счет сведения числа сигналов к минимуму и фокусировки внимания на основных параметрах технологического процесса.

Специалисты выделяют пять уровней эффективности функционирования систем сигнализаций:

• Перегруженный — в системе генерируется так много сигнализаций, что ее невозможно использовать.
• Реагирующий — уровень, на котором оператор ожидает сигнализации, прежде чем выполнить какое-либо действие. Это удобнее, но в случае аварии не дает никакого преимущества.
• Стабильный — надежный уровень, который обеспечивает нормальную работу без сбоев в штатных условиях.
• Устойчивый к сбоям (робастный) — надежность гарантируется и при нормальной работе, и в нештатных условиях.
• Прогнозный — самый технологичный уровень, который позволяет оператору избежать сбоев в работе оборудования/системы еще до того, как сработают сигнализации.

Новая философия и методология модернизации существующих мнемо­схем, а также применение дополнительных систем усовершенствованного управления помогают сбалансировать систему сигнализаций и кратно снизить число ручных действий оператора на установке. Так происходит переход именно к прогнозному режиму работы. В этом случае информационная система заранее акцентирует внимание оператора на конкретной проблеме, наиболее важной в данный момент. Принимая правильные действия, можно предотвратить аварийную ситуацию еще до ее возникновения, тогда аварийная сигнализация не потребуется вовсе.

Переход на прогнозный уровень

Для того чтобы перевести HMI на новый уровень, существуют лучшие практики, которые подразумевают пересмотр всех мнемосхем и сигнализаций. Согласно статистике, человек может нормально реагировать, если он получает максимум одну сигнализацию за 5–10 мин (табл.).

Для изменения парадигмы и модернизации мнемосхемы нужно пройти несколько этапов трансформации HMI, и начинать следует с анализа существующих систем, в том числе АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическим процессом), СУУТП (система усовершенствованного управления технологическим процессом), МПА (модульная процедурная автоматизация), КТК (компьютерный тренажёрный комплекс) и других. На понимание и оценку узких мест иногда уходят недели, а выполнение этой работы возможно только с помощью высококвалифицированных специалистов.

Далее по методологии «Рексофт» мы переходим к разработке персонализированных концепций HMI, ищем подходы к снижению числа сигнализаций в каждом конкретном кейсе. Вместе с расстановкой приоритетов происходят расчеты достижимых эффектов и методов реализации проекта, начинается формирование команды на стороне заказчика, которая будет помогать в разработке и сопровождении нового интерфейса.

На этапе проектирования решения происходит разработка новых высокоэффективных и модернизация существующих мнемосхем операторов. Иногда для достижения эффекта требуется проектирование необходимых изменений в АСУ ТП и подготовка систем класса Alarm Management.

Современные мнемосхемы

Реализация перечисленных этапов позволяет достичь нового представления HMI. Иерархически распределенные мнемосхемы помогают операторам ориентироваться в происходящих событиях. Мы убедились на практике, что эффективнее всего использовать четыре уровня мнемосхем.

• Уровень 1. Предназначен для отображения общего вида всей технологической установки (рис. 1). Он не содержит подробной информации об установке, обзоров технологических узлов, экранов управления отдельными технологическими процессами и диагностических экранов. Основная цель дисплея первого уровня — моментально предоставить оператору информацию о рабочем состоянии всех технологических установок, находящихся под его управлением. Оператор переходит к каждой из них, «проваливаясь» на следующий уровень иерархии.
• Уровень 2. Экраны этого уровня служат для отслеживания изменений технологических значений и обращают внимание на любое будущее нарушение границ значений (для этого используется специальный алгоритм). Если происходит отклонение, на экранах отображаются значения параметра и индикатор направления изменения (уменьшение или увеличение, рис. 2). При правильном подходе к проектированию на экранах уровней 1 и 2 оператор будет проводить свыше 70% рабочего времени.
• Уровень 3. Здесь находятся экраны, очень похожие на те мнемо­схемы, которые встречаются сегодня во многих компаниях. Однако полностью переработанная визуальная концепция, единый стиль и снижение количества цветных элементов делают их более читабельными и эффективными (рис. 3). К тому же оператор переходит на уровень 3 только при наличии соответствующих уведомлений на уровнях 1 и 2.
• Уровень 4. Содержит детальную информацию по конкретному узлу или установке (рис. 4). На него оператор переходит только в том случае, если нужно разобраться с отклонениями в работе определенного устройства.

Рис. 1. Общий вид технологической установки

Рис. 2. Экран для отслеживания изменений технологических значений

Рис. 3. Мнемосхема уровня 3

Рис. 4. Информация по конкретному узлу или установке

Выводы

Разработка нового HMI требует современного подхода как к интеграции информационных систем, так и к графическим аспектам отображения информации. Системы мониторинга сигнализаций позволяют продолжать оптимизировать их объем, а удобные мнемосхемы, выстроенные согласно ожиданиям и пожеланиям функциональных пользователей, приводят к впечатляющим результатам. В среднем мы наблюдаем, что объем сигнализаций снижается на 35–40%, а число пультовых операторов предприятия сокращается в 1,5–2 раза. Одновременное введение индивидуальных КПЭ операторов, легко реализуемых в новой парадигме, повышает персональную ответственность за выполнение технологического процесса и увеличивает мотивированность персонала.

Переход к более совершенному HMI и модернизации процессов работы диспетчеров и операторов является необходимой мерой для повышения качества мониторинга работы систем и снижения количества отказов оборудования на производстве. Современные станки, установки, конвейеры и прочие технические системы предоставляют огромные объемы информации, которую также можно дополнить любым количеством датчиков и сенсоров. Собирая эти данные воедино с отображением на современных мнемосхемах, специалисты «Рексофт» создают диспетчерские решения, которые помогают избежать подавляющего большинства неполадок и улучшить работу производственной площадки.