Kurs projektanta systemów HMI/SCADA cz.4 – Jak przedstawiać elementy dynamiczne oraz alarmy w wizualizacjach?

W trzecim odcinku „Kursu projektanta systemów HMI/SCADA  cz.3 – Jak dopasować specyfikę wizualizacji HMI/SCADA do celu procesu i oceny wydajności procesu?” pokazaliśmy jak przeprowadzić proces oceny wizualizacji oraz co wpływa na wydajność systemów HMI/SCADA.

W kolejnym – czwartym odcinku opiszemy, jak przedstawiać alarmy, żeby zmaksymalizować wydajność sterowania w sytuacjach krytycznych. Pokażemy też sposób przedstawiania elementów dynamicznych.

Sytuacje, których operatorzy chcą uniknąć, to sytuacje alarmowe. Nie zawsze jednak udaje się to osiągnąć, dlatego my – projektanci – musimy jak najbardziej ułatwić im pracę w takich momentach.
Aby to osiągnąć, trzeba zapoznać się z Situational Awareness, sposobem przedstawiania elementów dynamicznych oraz sytuacji alarmowych.

Ten artykuł jest częścią cyklu „Kurs projektanta systemów HMI/SCADA”

„Kurs projektanta systemów HMI/SCADA” przeznaczony jest zarówno dla początkujących w projektowaniu SCADA, jak również dla tych, którzy chcą poszerzyć swoją wiedzę w zakresie nowych technik projektowania.

Kurs składa się z 7 części, w których zostaną przedstawione i opisane nowoczesne techniki projektowania systemów HMI/SCADA. Każdy uczestnik kursu ma możliwość przećwiczenia w zadaniach kolejnych elementów projektowania wizualizacji.

Jeśli przeczytasz wszystkie artykuły, będziesz świetnie przygotowany/a do końcowego quizu, po którym otrzymasz certyfikat ukończenia.

„Kurs projektowania systemów HMI/SCADA” obejmuje następujące artykuły w formie poradników:

1. Jak efektywnie projektować wizualizacje?
2. Tradycyjne i nowoczesne praktyki tworzenia wizualizacji HMI/SCADA.
3. Jak dopasować specyfikę wizualizacji HMI/SCADA do celu procesu i oceny wydajności procesu?
4. Jak przedstawiać elementy dynamiczne oraz alarmy na wizualizacjach HMI/SCADA?
5. Jak zacząć projektowanie i tworzenie wydajnej wizualizacji zgodnie z dobrymi praktykami?
6. Jak przeprowadzić testy, kontrolę i utrzymanie nowej wizualizacji HMI/SCADA?
7. Jak dbać o rozwój i przyszłość systemów HMI/SCADA w przedsiębiorstwach?

Każdy, kto kiedykolwiek miał okazję być świadkiem sytuacji alarmowej w zakładzie produkcyjnym, wie, jak bardzo liczy się wtedy czas oraz szybkość podejmowania (właściwych) decyzji. Dlatego alarmy są tak ważnym elementem wizualizacji, którą my – projektanci – projektujemy.

Każda wartość w alarmach musi być przedstawiona jasno i spójnie.

Aby to osiągnąć, na samym początku każdy projektant wizualizacji (oraz alarmów) musi poznać 3 najważniejsze zasady:

• Kolor alarmu na ekranie jest uzależniony od priorytetu alarmu.
  Każdy priorytet alarmu jest wyszczególniony i ma z góry przypisany kolor, który jest dla niego charakterystyczny i nie jest wykorzystywany nigdzie indziej w wizualizacji.

• Niepotwierdzone alarmy powinny być odróżnione od zatwierdzonych.
  W ten sposób ułatwimy operatorom zwracanie uwagi na alarmy, na które muszą zareagować w pierwszej kolejności. Niezatwierdzony alarm może być wskazany przez np. migający wskaźnik.

• Alarmy pojawiające się w tym samym czasie powinny się od siebie różnić.
  Jeśli nieprawidłowa wartość wywołała więcej niż jeden alarm, powinien zostać zaznaczony ten o najwyższym priorytecie.

3 stopnie priorytetyzacji alarmów

Najlepiej sprawdzonym sposobem uszeregowania alarmów jest trzystopniowy system priorytetów.

Sugerowane kolory przypisane priorytetom alarmów:

• Priorytet 1: Kolor czerwony
• Priorytet 2: Kolor żółty
• Priorytet 3: Kolor pomarańczowy

Wskazówka: Podczas testów sprawdź, czy wybrane przed Ciebie kolory są łatwo rozróżnialne i rzucające się w oczy.

Pamiętaj!
Alarmy dotyczące diagnostyki (proponowany kolor: różowy) powinny być oddzielone od alarmów o trzech głównych priorytetach. Alarmy diagnostyczne to takie, które wskazują na błędy urządzeń, których operator nie może rozwiązać i które wymagają naprawy/konserwacji.

Jak przedstawiać alarmy?

Czy istnieje idealny sposobów przedstawiania alarmów? Okazuje się, że każdy z nich ma pewne zalety oraz wady. A chodzi o to, żeby znaleźć taki, który w konkretnej sytuacji sprawdzi się najlepiej.

Pamiętaj!
W przypadku alarmów nie obowiązują zasady dotyczące wprowadzania/projektowania grafik wizualizacji oraz ich kolorowania. Alarmy powinny się wyróżniać, dlatego powinny być zaznaczane jaskrawymi kolorami oraz animacjami (oczywiście w granicach rozsądku :))

3 metody przedstawiania alarmów:

1. Wartość alarmowa otoczona jest wypełnionym prostokątem o kolorze zgodnym z priorytetem.

Zalety:

• Kolory się wyróżniają, dzięki czemu alarm przyciąga uwagę operatora.
• Dla niezatwierdzonego alarmu wprowadźmy migającą ramkę (ale nie wartość!). Dzięki temu wartość jest cały czas widoczna i czytelna.

Wady:

• Zestawienia kolorów (koloru alarmu w tle oraz koloru czcionki) mogą do siebie nie pasować, co może spowodować utratę widoczności wartości liczbowej.
• Priorytet alarmu jest zaznaczony tylko w jeden sposób – przez kolor.  
• Brak możliwości wprowadzenia specyficznego typu alarmu

2. Wartość alarmowa otoczona jest niewypełnioną ramką o kolorze zgodnym z priorytetem

Zalety:

• Kolor przeciąga uwagę operatora.
• Migająca ramka nie powoduje utraty widoczności wartości liczbowej wewnątrz niej.
• Nie występuje problem zestawienia kolorów, ponieważ tło za wartością pozostaje niezmienione.

Wady:

• Priorytet alarmu jest przedstawiony tylko w jeden sposób – poprzez kolor.
• Brak możliwości wprowadzenia specyficznego typu alarmu.

3. Nad wartością umieszczony jest symbol o określonym kształcie, kolorze i z określoną cyfrą (wszystkie zgodne z priorytetem)

Zalety:

• Kolor przyciąga uwagę operatora.
• Migający element nie wpływa na widoczność wartości liczbowej.
• Nie występuje problem zestawienia kolorów.
• Element charakterystyczny może być umieszczony w dowolnym miejscu w pobliżu wartości liczbowej.
• Priorytet alarmu jest przekazywany przez kształt, kolor oraz numer elementu w sposób ciągły.

Wady:

• Brak możliwości wprowadzenia specyficznego typu alarmu.

Jak szybko znaleźć i zidentyfikować źródło alarmu?

Wydajny ekran wizualizacji HMI/SCADA powinien być zaprojektowany w ten sposób, aby zminimalizować liczbę kroków (np. kliknięć myszką), do zidentyfikowania, zweryfikowania, oszacowania oraz reakcji na alarm.

• Wykorzystuj tylko te metody nawigacji, które pozwolą operatorowi na jak najszybszą reakcję na alarm. Operator powinien być w stanie przeprowadzić szybką diagnostykę źródła alarmu.
• Na grafikach, kiedy dany obiekt (np. maszyna) wchodzi w stan alarmowy, ekran nie tylko powinien pokazywać alarm, ale również wskazywać (zaznaczać) elementy w grafice (np. maszyny), których dotyczy alarm, i które w pierwszej kolejności powinny zostać sprawdzone.
• Wprowadź tylko jeden interfejs alarmów. Wszystkie alarmy powinny być zatwierdzone tylko raz.

Jak przypisać dźwięk do alarmu?

Każdy z priorytetów alarmów, oprócz kolorów, powinien mieć również przypisany charakterystyczny sygnał dźwiękowy.

Musimy jednak pamiętać, że w control roomie, z wieloma stanowiskami monitorowania, nie możemy dopuścić do tego, aby na różnych stanowiskach powielały się dźwięki alarmów. W takim przypadku, sprawdzenie, na którym stanowisku wystąpił alarm, może zająć cenny czas.

Rozwiązaniem tego problemu jest przyjęcie własnej „rodziny dźwięków”, które różnią się od dźwięków alarmów na innych stanowiskach.

Można również użyć diod, które będą się świecić w odpowiednim kolorze podczas wystąpienia alarmu. Dzięki temu graficzna prezentacja alarmu odbędzie się praktycznie w tym samym momencie, co pojawienie się sygnału dźwiękowego.

Jak prawidłowo wprowadzać i dobierać dźwięki?

• Poziom głośności powinien być taki, aby był łatwo wykrywalny (słyszalny), ale nie powinien ogłuszać operatora. Najlepszą wartością jest od 15 dBA do 80 dBA. Możesz zastosować efekt narastającego poziomu dźwięku.
• Upewnij się w trakcie testów, że poziomy głośności są odpowiednie dla operatorów. Pamiętaj, że różni ludzie mogą mieć różne poziomy tolerancji hałasu.
• Operator powinien mieć możliwość ściszenia poziomu dźwięku alarmu dla alarmów o najniższym priorytecie podczas wysokiego obciążenia alarmami. Nie powinno być możliwości usunięcia graficznej formy alarmu, do czasu aż problem nie zostanie rozwiązany.
• Jeżeli alarmów jest bardzo dużo (np. system generuje około 500 alarmów dziennie), dźwięk jest niepotrzebnym elementem rozpraszającym.

Situational Awareness

Jako projektanci musimy się upewnić, że pracując na zaprojektowanej przez nas wizualizacji, operator będzie dokładnie wiedział, co się dzieje (Situational Awareness) w przypadku usterki, sytuacji krytycznych ale również zdenerwowania.

Tak jak alarmy, nieprawidłowości również powinny mieć swoje priorytety. Dzięki temu operator jest w stanie przewidzieć, jak powinien zareagować i odpowiedzieć. Skuteczność reakcji operatora w sytuacji alarmowej zależy od skuteczności działania procesu zarządzania alarmami.

Udowodniono, że wprowadzenie hierarchii pomiędzy ekranem zbiorczym, ekranem jednostek, ekranem szczegółów i ekranem diagnostyki, pozwala na bardziej efektywne monitorowanie całego zespołu ekranów przez operatora.

Poziom stresu operatora znacznie spada, gdy wizualizacja HMI/SCADA jest zaprojektowana w sposób wydajny, przy właściwym przystosowaniu pokoju control room, z logicznym systemem alarmów.

Co wpływa na wydajność operatora?

Wszystkie czynniki, które mają wpływ na wydajność pracownika podzielone są na cztery główne czynniki:

• Czynniki wewnętrzne – te czynniki są uzależnione od sytuacji życiowych spoza pracy, stanów emocjonalnych, osobowości, stanu zdrowia i samopoczucia.

• Czynniki zewnętrzne – m.in. środowisko pracy, temperatura, wilgotność, natężenie światła oraz hałas. Należą do nich również system zmianowy, godziny pracy, autorytet, odpowiedzialność, struktura organizacyjna. Do tej grupy należą również takie czynniki jak to, jaką rolę odgrywa pracownik (nadzorujący, współpracownik, reprezentant jednostki, inny personel)
• Czynniki stresu – np. wysokie tempo pracy, wysokie ryzyko, zagrożenia, problemy z czujnością.
• Psychologiczne czynniki stresu – m.in. niepokój, strach, ból, dyskomfort oraz zmęczenie.

Powyższe czynniki są przyczyną popełniania wielu błędów. Są to m.in.:

• nieprzestrzeganie procedur,
• błędy wprowadzania danych,
• błędna diagnostyka problemu,
• błędne decyzje,
• problemy w komunikacji,
• duży poziom stresu wśród członków zespołu.

Można zniwelować wpływ czynników poprzez pomoc operatorowi w organizacji pracy.

Po wystąpieniu sytuacji alarmowej, bardzo ważne jest żeby zadać operatorowi następujące pytania:

1. Co działało dobrze, a co źle?

2. Z jakimi wyzwaniami się zmagałeś/aś?

3. Czy czułeś/aś się komfortowo w rozwiązaniu problemu z wykorzystaniem tej wizualizacji?

4. Czy czułeś/aś presję, żeby wykonywać zadania zbyt szybko?

5. Czy były dostępne wszystkie informacje, które potrzebowałeś/aś, żeby szybko i łatwo rozwiązać problem?

Jak radzić sobie w sytuacjach alarmowych?

Pętla 5 następujących po sobie kroków procesu kontroli, pozwala łatwiej zrozumieć interakcje pomiędzy operatorem, a systemem kontroli, dzięki czemu monitorowanie procesu w sytuacjach krytycznych jest łatwiejsze:

1.Zmiany procesu są sygnalizowane operatorowi za pomocą wskaźników wyświetlanych na ekranie.

2. Operator musi być gotowy na zmiany, poprzez ciągłe monitorowanie ekranów, sprawdzanie wykresów oraz dostrzeganie alarmów.

3. Wskaźniki mogą czasem pokazywać tylko symptomy problemu, a nie prawdziwą przyczynę. W tym etapie operator musi oceniać, analizować oraz interpretować wskaźniki procesu oraz prowadzić logiczną diagnostykę problemu. Do tego konieczne są wcześniejsze analizy oraz doświadczenie.

4. Gdy operator zdiagnozuje problem, może próbować go naprawić, podejmując działania, np. dostosowanie wartości zadanych, zmienianie wyjść lub informując innych uprawnionych do tego ludzi o konieczności wprowadzenia zmian.

5. Akcja wywołuje efekt w procesie, a system mierzy ten efekt i dostarcza informację zwrotną operatorowi.

Jak uniknąć błędnego zarządzania alarmami?

9 błędów w procesie zarządzania alarmami, którymi trzeba nauczyć się zarządzać:

• niewłaściwy proces zarządzania alarmami (sposób przedstawienia alarmów jest uciążliwy w odbiorze, niewłaściwa priorytetyzacja),
• niewłaściwe zaprojektowanie ekranu wizualizacji (brak informacji, niewłaściwa nawigacja oraz hierarchia),
• brak czujności operatora spowodowany niewłaściwym przygotowaniem control roomu, elementami rozpraszającymi, długimi zmianami (12 godzin),
• brak doświadczenia operatorów,
• złe przyzwyczajenia operatorów,
• fakt, że wizualizacja dostarcza nieprawidłowych lub nieaktualnych informacji,
• niewłaściwa komunikacja pomiędzy pracownikami,
• nieprzestrzeganie procedur,
• brak procedur.

Elementy dynamiczne

Pamiętaj, żeby oprócz alarmów, właściwie przedstawić aktualny stan monitowanego sprzętu, np. pompy. Przykładem błędnego przedstawiania elementów dynamicznych jest kolorowanie pompy na zielono, gdy jest włączona, a na czerwono gdy jest wyłączona.

Zróżnicowanie stanu nie powinno być przedstawiane przy użyciu koloru, ale przy zmianie kształtu lub wprowadzenie krótkiego opisu (np. włączone, wyłączone). Można również wykorzystać zmianę wypełnienia standardowym dla wizualizacji kolorem (najczęściej szarym), w zależności od stanu urządzenia (np. pompa wypełniona kolorem – włączona, pompa niewypełniona kolorem – wyłączona).

Zmiana stanu elementów dynamicznych, nie może być mylona z sytuacją alarmową.

Podsumowanie

Właściwie zaprojektowana wizualizacji HMI/SCADA pozwala na uniknięcie większości błędów oraz spokojną pracę operatora. Aby zapewnić właściwą reakcję operatora, wizualizacja jest zaprojektowana tak, żeby:

• umożliwić operatorowi dotarcie do informacji we właściwym czasie,
• dostarczyć widok całości sprzętu, nadzorowanego przez operatora,
• zapewnić łatwe wykrycie alarmu,
• zapewnić jednoznaczne rozróżnienie alarmu od zmiany stanu pracy urządzenia,
• zapewnić łatwe zarządzanie wieloma alarmami w jednym czasie, bazując na ich priorytetach.

Wydajna wizualizacja przynosi wiele korzyści, a najważniejsze to uniknięcie błędów ludzkich, zredukowanie sytuacji alarmowych oraz usprawnienie efektywności i jakości procesu produkcyjnego. –
tłumaczy Wojciech Pawełczyk, specjalista ds. Wonderware

A jakie Ty masz doświadczenia w radzeniu sobie z sytuacjami alarmowymi? Napisz w komentarzu.

Autor: Ewelina Szędzioł

W kolejnym artykule z cyklu „Kurs projektanta systemów HMI/SCADA”:  Jak zacząć projektowanie i tworzenie wydajnej wizualizacji zgodnie z dobrymi praktykami – hierarchia projektowania:

• Jak projektować hierarchiczne zgodnie z poziomami?
• Które elementy powinny się znaleźć na każdym z poziomów projektowania?
• Jakie funkcjonalności powinny mieć elementy na poszczególnych etapach?

Inspiracją i źródłem do powstania „Kursu projektanta systemów HMI/SCADA” są:

• „The High Performance HMI Handbook” – Bill Hollifield, Dana Oliver, Ian Nimmo, Eddie Habibi.
• „Wonderware design guidelines” – materiały Wonderware

• „InTouch Demo conception document” – materiały Wonderware

• Situational Awareness – materiały AVEVA https://sw.aveva.com/monitor-and-control/industrial-information-management/situational-awareness