Modernizacja systemu SCADA nie zawsze wymaga przebudowy algorytmów sterowania. Często znacznie większe korzyści można osiągnąć dzięki zmianie sposobu prezentacji informacji operatorowi. Coraz więcej projektów pokazuje, że podejście projektowe (design thinking w inżynierii) pozwala zwiększyć bezpieczeństwo, skrócić czas reakcji oraz ograniczyć liczbę błędów bez ingerencji w logikę PLC czy DCS.

Automatyka osiągnęła dojrzałość. Interfejs użytkownika często nie

Przez ostatnie dwie dekady inżynierowie automatyki koncentrowali się przede wszystkim na niezawodności sterowania, optymalizacji algorytmów oraz integracji systemów. W wielu zakładach te cele zostały osiągnięte.

Paradoksalnie najsłabszym elementem nowoczesnych systemów coraz częściej nie jest sterownik PLC ani sieć przemysłowa, lecz sposób prezentacji informacji operatorowi.

W praktyce spotyka się sytuacje, w których:

ekran HMI zawiera dziesiątki intensywnych kolorów,
wszystkie alarmy wyglądają równie ważnie,
operator podczas zakłócenia otrzymuje jednocześnie kilkadziesiąt komunikatów,
informacje diagnostyczne są ukryte w kolejnych oknach lub menu.

Technicznie system działa poprawnie. Problem polega na tym, że człowiek nie jest w stanie efektywnie przetwarzać takiej ilości informacji pod presją czasu.

Coraz częściej mówi się więc o projektowaniu automatyki nie tylko od strony procesu technologicznego, ale również z perspektywy użytkownika.

Design engineering zamiast kolejnych funkcji

Projektowanie zorientowane na użytkownika (Human-Centered Design) od lat stosowane jest w branży IT. Obecnie podobne podejście coraz śmielej wkracza do automatyki przemysłowej.

Nie oznacza ono rezygnacji z klasycznej wiedzy inżynierskiej.

Wręcz przeciwnie.

Sterowanie procesem pozostaje takie samo, lecz zmianie ulega sposób prezentacji informacji.

Dobrze zaprojektowany interfejs powinien odpowiadać na kilka prostych pytań:

Co właśnie dzieje się z procesem?
Czy sytuacja wymaga reakcji?
Jak pilna jest ta reakcja?
Jakie działanie powinien wykonać operator?

Jeżeli operator musi zastanawiać się, który alarm jest naprawdę ważny, oznacza to problem projektowy, a nie technologiczny.

Zarządzanie alarmami – od liczby alarmów do jakości informacji

Jednym z najlepszych przykładów wpływu ergonomii na efektywność pracy jest zarządzanie alarmami.

W wielu zakładach liczba alarmów rosła przez lata wraz z kolejnymi modernizacjami systemów SCADA i DCS. Dodanie nowego alarmu praktycznie nic nie kosztuje, dlatego z czasem system zaczyna pełnić jednocześnie funkcję:

alarmową,
informacyjną,
diagnostyczną,
raportową.

Efekt jest łatwy do przewidzenia.

Podczas zakłócenia operator otrzymuje lawinę komunikatów, spośród których tylko niewielka część wymaga natychmiastowej reakcji.

Norma ISA-18.2 oraz wytyczne EEMUA 191 od lat wskazują, że alarm powinien oznaczać wyłącznie sytuację wymagającą działania operatora. Informacje niewymagające reakcji nie powinny być definiowane jako alarmy.

Praktyczny przykład modernizacji SCADA

Wyobraźmy sobie modernizację systemu nadzorującego linię produkcyjną.

Algorytmy PLC pozostają bez zmian.

Nie zmieniają się również regulatory PID, logika zabezpieczeń ani komunikacja z urządzeniami.

Zmodyfikowano jedynie:

priorytety alarmów,
kolorystykę ekranów,
układ informacji,
sposób grupowania komunikatów,
opisy alarmów zawierające zalecaną reakcję operatora.

Dodatkowo:

usunięto alarmy informacyjne,
dodano opóźnienia eliminujące krótkotrwałe zakłócenia,
wprowadzono mechanizmy tłumienia alarmów zależnych od stanu procesu,
uporządkowano listę alarmów według krytyczności.

Koszt projektu pozostaje niewielki w porównaniu z przebudową sterowania.

Korzyści są natomiast bardzo wymierne:

krótszy czas diagnozy,
mniej błędnych reakcji,
większe zaufanie operatorów do systemu,
łatwiejsze szkolenie nowych pracowników.

To właśnie dlatego nowoczesne projekty modernizacji coraz częściej rozpoczynają się od analizy pracy operatora, a nie od wymiany sterowników.

Alarm fatigue – problem organizacyjny, nie ludzki

Pojęcie alarm fatigue (zmęczenie alarmami) jest dziś dobrze znane w przemyśle procesowym.

Nie oznacza ono, że operator pracuje gorzej.

Oznacza, że system przekazuje więcej informacji, niż człowiek jest w stanie efektywnie wykorzystać.

Według wytycznych EEMUA dobrze zaprojektowany system alarmowy podczas normalnej pracy nie powinien generować więcej niż około jednego alarmu na 10 minut. Podczas awarii liczba alarmów również powinna pozostawać na poziomie umożliwiającym ich świadomą analizę.

Dlatego współczesne zarządzanie alarmami obejmuje cały cykl życia systemu:

definiowanie filozofii alarmowej,
identyfikację alarmów,
racjonalizację,
projektowanie,
wdrożenie,
monitorowanie skuteczności,
ciągłe doskonalenie.

Ergonomia jako element bezpieczeństwa

Jeszcze kilkanaście lat temu ergonomia HMI była często postrzegana jako kwestia estetyki.

Dziś wiadomo, że ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo procesu.

Coraz więcej producentów systemów automatyki stosuje zasady tzw. High Performance HMI, w których:

dominują neutralne kolory,
intensywne barwy zarezerwowane są wyłącznie dla stanów alarmowych,
operator najpierw widzi stan procesu, a dopiero później szczegóły,
trendy procesowe są ważniejsze od pojedynczych wartości liczbowych.

Takie podejście poprawia świadomość sytuacyjną operatora (situational awareness) i skraca czas podejmowania decyzji w sytuacjach niestandardowych.

Co może zrobić inżynier automatyki już dziś?

Nie każda poprawa wymaga kosztownej modernizacji systemu sterowania. W wielu przypadkach warto rozpocząć od prostego audytu HMI i SCADA, odpowiadając na kilka pytań:

Czy każdy alarm rzeczywiście wymaga działania operatora?
Czy priorytety alarmów odpowiadają rzeczywistemu ryzyku?
Czy ekran główny pokazuje najważniejsze informacje w ciągu kilku sekund?
Czy operator otrzymuje wskazówki dotyczące wymaganych działań?
Czy liczba aktywnych alarmów podczas normalnej pracy pozostaje na rozsądnym poziomie?
Czy nowe alarmy są dodawane zgodnie z przyjętą filozofią alarmową?

Odpowiedzi na te pytania często pozwalają znaleźć obszary wymagające poprawy bez konieczności ingerencji w sam proces technologiczny.

Wnioski

Automatyka przemysłowa wkracza w etap, w którym przewagę konkurencyjną coraz częściej buduje nie liczba funkcji systemu, lecz jakość interakcji między człowiekiem a maszyną.

Projektowanie zorientowane na użytkownika nie zastępuje klasycznej wiedzy z zakresu automatyki. Stanowi jej naturalne uzupełnienie. Dobrze zaprojektowany interfejs HMI, przemyślany system alarmowy oraz ergonomiczna prezentacja danych pozwalają zwiększyć bezpieczeństwo, ograniczyć liczbę błędów operatorów i poprawić efektywność zakładu bez kosztownej przebudowy logiki sterowania.

Dla współczesnego inżyniera automatyka to już nie tylko algorytmy PLC i konfiguracja SCADA. To również projektowanie środowiska pracy, w którym człowiek potrafi szybko dostrzec właściwe informacje i podjąć właściwą decyzję we właściwym czasie.