Создание HMI который работает (Часть 1)

Создание HMI который работает (Часть 1)

Новые передовые практики для разработки интерфейса оператора

HMI_1

Ввиду интереса к статье о High Performance HMI, сел за перевод, показавшейся мне интересной статьи. Сегодня публикую первую часть, остальное по мере готовности перевода.

Введение

В 6:20 вечера 20 января 1992 года Airbus A32 взлетел из Лиона, Франция, выполняя регулярный перелет в Страсбург. Полет шел гладко до момента, когда экипаж приготовился к снижению. Когда экипаж запрограммировал угол снижения «-3.3» в блок управления полетом (БУП), они не обратили внимание на то что БУП был в режиме вертикальной скорости, а не в режиме угла полета. Для БУП в неправильном режиме, значение «-3.3» означает скорость спуска 3300 футов (1006 м) в минуту, вместо нужного значения в 800 футов (244 м) в минуту. Видимость была плохой, и экипаж не заметил ошибку, пока не стало слишком поздно. Восемьдесят семь из 96 пассажиров и членов экипажа погибли, когда самолет врезался в гору.

Среди прочих официально названных как причины трагедии, упоминается интерфейс оператора:  «достаточный в обычных ситуациях, но не обеспечивающий необходимые предупреждения экипажа, находящегося в ловушке ошибочной ментальной репрезентации… Дизайн увеличивает вероятность некоторых ошибок в использовании, особенно во время повышенной нагрузки»

Вторая половина дня 23 марта 2005 года, Техас-Сити, НПЗ компании BP в Техасе был сотрясен серией взрывов, когда дистилляционная колонна для изомеризации углеводородов переполнилась и послала гейзер жидкости в воздух, произведенное облако легковоспламеняющихся паров было быстро воспламенено от стоящего на холостом ходу автомобиля. Пятнадцать рабочих погибли и 180 ранены. Выбиты окна в домах в радиусе 1,2 км.

HMI_2

Исследовательский совет по химической безопасности и рискам США (U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board  — CSB) потратил почти два года на расследование несчастного случая. Их заключительный доклад привел ряд причин, включая недостаточную подготовку, несоблюдение процедур безопасности запуска, неточный инструментарий, плохое обслуживание, и «плохо разработанная компьютеризированная система управления, препятствующая способности операционного персонала определить ситуацию переполнения колонны»

Экран системы компьютеризированного управления, предоставлял данные о том, сколько жидкости входит в блок, а на другом экране было показано, сколько продукта покидает блок. Наличие двух различных мест для считывания, на разных контрольных экранах уменьшает видимость и важность мониторинга потоков жидкости в сравнении друг с другом и в результате не удается сделать очевидный вывод о дисбалансе между двумя потоками.

Человеческая ошибка?

Эти две трагедии имеют по крайней мере одну общую причину: неспособность людей в управлении увидеть проблему, как она развивается и предвидеть что она ведет к катастрофе.

Это просто человеческая ошибка со стороны операторов, или же отчасти виноваты операторские интерфейсы? Чаще неэффективные или вводящие в заблуждение Человеко-Машинные Интерфейсы (HMI) приводятся в качестве причин промышленных аварий.

Страсбургский Airbus и BP-Техас-Сити были стихийными бедствиями, которые стоили жизни. Если ваш завод или процессы не так опасны, почему вы должны заботиться о том, является ли ваш операторский интерфейс хорошим? Почему вы должны тратить деньги, чтобы изменить HMI, на который никто не жалуется и кажется, что он будет работать должным образом и возможно на протяжении многих лет?

Значение изменений

Консорциум управления нештатными ситуациями (Abnormal Situation Management Consortium – ASM), группа компаний и университетов, занимающихся обработкой нештатных ситуаций в индустрии управления процессами, отслеживает авиа-происшествия и другие несчастные случаи глобально, по мере их появления в средствах массовой информации. В 2012 г. они описали более чем 1000 инцидентов.

В то время как всего несколько случаев привели к взрывам и смертям, все из них являются дорогостоящими с точки зрения задержек, снижение качества или повреждения оборудования. Исходя их исследований, консорциум ASM оценил, что нештатные ситуации обходятся 3-8% от оборота каждый год. От трех до восьми процентов это значительные расходы для любого бизнеса.

Вот что можно сделать улучшением HMI:

  • Улучшить качество во время штатной работы системы;
  • Сэкономить время во время запуска, выключения и переходных процессов;
  • Сэкономить деньги, избежав простоев и ошибок;
  • Сократить время обучения;
  • Обеспечить менее стрессовые условия работы и свести к минимуму усталость оператора.

Одно исследовательское тестирование ASM-утвержденного отображения против традиционного интерфейса на высококачественном симуляторе процессов обнаружило, что операторы, используя утвержденные отображения:

  • Обнаружили проблемы, более быстро и последовательно;
  • Отреагировали на проблемы на 35-48% быстрее;
  • На 25% успешнее решили возникшие проблемы.

Назад в прошлое…

Мы создаем HMI на протяжении десятилетий. Почему не существует HMI которые работают так как должны?

Давайте бросим быстрый взгляд на историю операторских интерфейсов.

HMI_3

В начале процесса мониторинг обычно делался с помощью стены с датчиками, индикаторами, графиками и сигнальными панелями, которые отображали все сигналы. Операторы имели меньше инструментов для мониторинга, и инструменты были сгруппированы на стене на основе задач оператора. Глядя на стену, вы могли видеть с первого взгляда состояние всей системы.

Введите компьютеры

Когда процессы стали более сложными, и в 1980-х  на помощь были призваны  компьютеры. Ранние компьютерные интерфейсы попытались воспроизвести приборные панели, но они не имели такой возможности.

  • Поскольку ранние компьютерные мониторы не могли легко отобразить аналоговое представление данных, вместо датчиков появились простые числовые значения.
  • Было затруднено отображение трендов, так что тренды стали редкими; на их месте стали использовать тревоги, но количество срабатываний быстро возросло до тех пор, пока они не стали подавляющими.
  • Первые компьютеры были ограничены только восемью цветами с двумя уровнями яркости на черном фоне. Уровень освещённости в комнате управления был понижен, так как черный фон не был достаточно контрастен, но тускло-освещенные помещения привели к повышенной утомляемости оператора.

Когда способности компьютера к отображению графики улучшились, дизайнеры интерфейсов обратились к изображениям трубопроводов и приборов (Process & Instrumentation Diagram — P&ID), потому что они были легкодоступны и представлялись как логичный источник. В конце концов, так это и работает. Большинство HMI по-прежнему основаны на P&ID, отмечают Билл Холлифилд и Ян Ниммо, авторы справочника «Высокоэффективные HMI» («High-Performance HMI»).

Но P&ID как «инструмент для проектирования процесса и пользовательский интерфейс для управления процессом, совсем разные вещи». Проектирование HMI, основанное на P&ID это как проектирование автомобильной панели, отображающей внутренние части двигателя. Но за рулем автомобиля включается другой набор задач, нежели строительство двигателя. На приборной панели необходимо представить данные о машине, основанные на задачах которые будет решать водитель.

Вдобавок, P&ID схемы занимают слишком много места. «Они не имеют никакой иерархии и намеренно имеют очень «плоский» взгляд на каждый элемент процесса, а не поддерживают детализацию для получения дополнительной информации». Если слишком много данных на одном экране, трудно найти важные данные.

К сожалению, эти ранние ограничения компьютерного дизайна установили курс на годы вперед. Когда стала доступна высоко детализированная компьютерная графика и тысячи цветов, они использовались в основном для того чтобы сделать те же P&ID представления более реалистичнее, а не для того, чтобы изменить HMI, чтобы лучше соответствовать задачам оператора. Печи с танцующим пламенем и подробные планы помещений не обеспечивают полезную информацию для управления; они служат только для того чтобы отвлечь внимание оператора от работы.

HMI_4

На HMI показанном выше приведен бросающийся в глаза пример графических возможностей. Фактические данные на экране заглушили яркие цвета, текстуры и изображения, которые не предоставляют какой-либо реальной информации. Вы не можете сказать, система работает хорошо или нет.

Есть еще огромный акцент на аппаратуре процесса, вместо разума оператора.Dave Strobhar, Center for Operational Performance, «Automation World», Декабрь 2012

Современный компьютерный дизайн интерфейса

Тем временем за пределами мира автоматизации, компьютеры уменьшились в размерах и стоимости до точки, когда мы носим их в наших карманах. Они предоставляют множество функций, которые каждый хочет использовать, от персональной связи с банком до подтверждения кредитных платежей за товары и услуги.

И почему подавляющее большинство неподготовленных людей могут использовать все эти функции? Потому что с увеличением возможностей компьютера, аппаратного и программного обеспечения, дизайнеры интерфейсов начали обращая внимание на то, как люди взаимодействуют с компьютерами и как должны быть разработаны интерфейсы для облегчения этого взаимодействия.

Годы исследований человеческих факторов и эргономики  привели к тому, что уже появился большой объем информации о том, как проектировать продукты, так что все, что человек хочет или должен делать с ними, было бы легко сделать.

Почему не отразить эти исследования на компьютерные интерфейсы автоматизации и сделать мониторинг, контроль и обработку данных систем управления легче?

Новые стандарты для HMI

С результатами исследований человеческого фактора и вызванного им дорогостоящих промышленных аварий, люди в этой отрасли все чаще обращают внимание на качество HMI, и начинает иметь значение действительно полезный операторский интерфейс.

Неважно, называются они новыми стандартами эргономики, пользователе-ориентированным дизайном, или высоко производительными HMI, исследователи и профессионалы автоматизации создали новые лучшие практики для HMI, которые ясно, последовательно и в контексте, обеспечивают реальную обратную связь для действий операторов.

  • Исследовательский центр NASA «Ames» поддерживает исследования по науке цвета и его использованию в сложных информационных дисплеях;
  • Центр по производительности операторов (Center for Operator Performance) публикует исследования о квалификации, обучении и условиях работы операторов, а также о системах автоматизации и сигнализации;
  • Консорциум ASM в 2008 году опубликовал руководство «Эффективный дизайн дисплея оператора», которое включает в себя руководящие принципы для дисплеев, навигации, текста и чисел, взаимодействия оператора с дисплеями, приоритеты/звук/физический вид аварий, методику обучения операторов и методологии разработки HMI.
  • При международной ассоциации стандартов (ISA) был создан комитет по стандартам человеко-машинных интерфейсов в обрабатывающей промышленности. Первый проект этих стандартов (ISA101) в настоящее время на рецензировании.

Продолжение следует.

comments powered by HyperComments