Panele DCS…aby widzieć poprawnie

Biorąc pod uwagę wszystkie dostępne dziś, wyrafinowane możliwości graficzne, powstaje pytanie, dlaczego konsorcjum ASM zaleca stosowanie takich stłumionych i na pozór banalnych kolorów? O ustaleniu takich zaleceń zadecydowały czynniki ludzkie.

W sterowni wyświetlacze operatorskie pomagają operatorowi w rozeznaniu nieprawidłowych sytuacji w zakładzie (instalacji) i zapobieganiu im oraz reagowanie na takie sytuacje. Rozeznanie operatora w sytuacji wymaga orientowania się w kilku kwestiach:

  • wystąpienie oraz lokalizacja zakłócenia,
  • zrozumienie istoty podstawowych warunków pracy zakładu (instalacji),
  • przewidywanie wpływu tego zakłócenia na najbliższą przyszłość,
  • analizowanie wszystkich tych czynników w celu określenia sposobu postępowania.

Rozwiązanie projektowe wyświetlacza operatora ma bezpośredni wpływ na szybkość oraz dokładność, z jaką operator wykonuje działania wynikające z tej nieprawidłowej sytuacji.
Osiągniętemu rozwojowi rozproszonych systemów sterowania (DCS), które stanowią obecnie platformy z rozwiązaniami komputerowymi typu PC, towarzyszy znaczna zmiana w możliwościach przedstawiania operatorom danych oraz informacji. I tak w szczególności, możliwość pracy pierwszej generacji wyświetlaczy kolorowych schematów ewaluowała od ograniczonego wykorzystania ośmiu kolorów z pełną lub ograniczoną do połowy intensywnością barwy, do potencjalnie milionów kolorów z możliwością dobierania kombinacji nasycenia barwy, odcieni oraz poziomów intensywności.

W pierwszych wyświetlaczach schematów systemów sterowania DCS zastosowano ekran z czarnym tłem z tymi ograniczonymi możliwościami wykorzystania kolorów. Ponadto, ze względu na ograniczoność dostępnych kolorów, ten sam rodzaj koloru był często użyty do wizualnego kodowania różnych typów danych lub różnych informacji o statusie. Na przykład kolor czerwony mógł być użyty do komunikowania, że zawór jest zamknięty, pompa jest zatrzymana, parametr procesu osiągnął stan alarmowy, i że linia procesowa przekazuje tlen.
Od paneli pneumatycznych do monitorów CRT
Wraz ze zmianą w technologii wyświetlaczy systemów sterowania DCS użycie czarnego tła w ekranach monitorów CRT miało nieoczekiwany wpływ na oświetlenie sterowni. Ten nieoczekiwany skutek był częściowo wynikiem samej krzywizny ekranu kineskopu oraz częściowo z powodu zjawiska tworzenia odbicia od szkła kineskopu przy wyjątkowym kontraście światła po obu stronach tego szkła. Wynikiem tego było nadmierne, oślepiające światło, a reakcją na to, wprowadzenie zmian w prawie wszystkich sterowniach, które to zmiany polegały na rezygnacji z jasnych, dobrze oświetlonych sterowni (z pneumatycznymi panelami sterowania) do ciemnych, słabo oświetlonych sterowni z konsolowymi stanowiskami roboczymi wykorzystującymi wiele monitorów CRT.
W połowie lat 90. ubiegłego wieku konsorcjum Abnormal Situation Management (ASM) rozpoczęło analizę czynników, które wpływają na zdolność operatorów do zapobiegania powstawaniu nieprawidłowych sytuacji w zakładzie oraz reagowania na takie sytuacje. Jednym z wniosków ustalonych w tym czasie było to, że ówczesna technologia bardziej skutecznie wspiera operatorów podczas operacji przebiegających w stanie stacjonarnym niż podczas operacji zdestabilizowanych. Rozwiązanie projektowe operatorskiego wyświetlacza schematów zostało zidentyfikowane jako element, który wymaga poprawy, aby wesprzeć skutecznie operatora w jego możliwościach rozeznania sytuacji oraz działania. W rezultacie konsorcjum ASM rozpoczęło badania czynników ludzkich dotyczących projektu wyświetlacza operatorskiego w celu zidentyfikowania efektywnych sposobów stosowania takiego wyświetlacza.
Wynikiem tego badania była publikacja Wytycznych ASM – Effective Operator Display Design (Projektowanie efektywnych wyświetlaczy operatorskich), a jeden z 16 obszarów wytycznych dotyczył efektywnego zastosowania kolorów w wyświetlaczach operatorskich. W ramach tego obszaru wytycznych wymienionych jest osiem wskazówek dotyczących użycia koloru, jedna z nich mówi o wyborze koloru tła wyświetlacza. Wytyczne ASM dotyczące określonych kolorów mają za zadanie pomóc projektantowi wyświetlacza w wyborze kolorystyki, która poprawia ogólną wydajność operatora w środowisku sterowni, a nie wskazywać, jak zaprojektować atrakcyjny wyświetlacz. Wytyczne dotyczące kolorystyki zostały utworzone przy założeniu, że kontekst pracy w sterowni określa specyficzne wymagania związane z pracą operatora, które nie występują w takich kontekstach, jak biuro, obiekt publiczny czy dom. Na przykład operatorzy muszą zachować ciągłą czujność przez długie zmiany i zwracać uwagę na rzadko występujące zdarzenia, które mogą powstawać w nieokreślonym czasie. W tym kontekście zasadniczą sprawą jest to, aby wyświetlacz przyciągał uwagę operatora, kiedy zmieniają się krytyczne dane – zwłaszcza że w wielu różnorodnych gałęziach przemysłu stwierdzono obniżenie się wykazywanej czujności przy jednostajnych, występujących z małą częstotliwością zdarzeniach.
Dlaczego kolor szary?
Następnie, w wyniku wzajemnego oddziaływania kilku celów projektowych, powstało zalecenie projektowe stosowania jasnoszarego tła w wyświetlaczach operatorskich systemów sterowania DCS. Niektóre z tych celów projektowych to:

  • kierowanie uwagi operatora na najbardziej krytyczne informacje przy najmniejszej możliwości pomyłki, spowolnienia reakcji lub popełnienia błędów przy wykrywaniu lub interpretacji;
  • wzięcie pod uwagę osób, które mogą mieć zaburzenia w widzeniu kolorów;
  • zmniejszanie odblasku tak, że panujące w otoczeniu poziomy oświetlenia są wystarczająco duże zarówno do zapewnienia ostrości widzenia przy wykonywaniu zadań niezwiązanych z wyświetlaczem (np. czytanie papierowych dokumentów), jak i do umożliwienia dostosowywania się zegara biologicznego odpowiednio do dziennej lub nocnej zmiany.

Celem zrozumienia czynników, które wpływają na podejmowanie decyzji przy projektowaniu, dotyczących użycia kolorów w wyświetlaczu operatorskim, ważne jest zrozumienie pewnych podstawowych zasad ludzkich odczuć i postrzegania. Celem zwiększenia możliwości postrzegania sytuacji zastosowane są techniki wizualnego kodowania, mające na celu przyciąganie uwagi operatora do najbardziej krytycznych danych i informacji, poprzez wzmacnianie znaczenia stosownych wyświetlanych elementów. Obiekt jest bardziej znaczący od innego obiektu, jeśli wyróżnia się lub przyciąga czyjąś uwagę. Tak więc, w przypadku projektowania wyświetlacza, obiekt ten wydaje się być na pierwszym planie wyświetlanego obrazu, w stosunku do innych obiektów.
Oddziaływanie na cechy wizualne
Cechy wizualne, na które może oddziaływać projektant, aby tworzyć różne stopnie znaczenia, obejmują ruch, formę oraz kolor. Kontrast luminancji i koloru zależy od użytej jasności i koloru, przyjętych w celu wizualnego wyróżnienia symbolu lub obiektu z ich bezpośredniego tła. Minimalny poziom kontrastu luminancji jest niezbędny do zapewnienia czytelności. Regulowanie stopni kontrastu luminancji jest skutecznym sposobem oddziaływania na uwagę widza. Najbardziej krytyczne z punktu widzenia bezpieczeństwa lub pilne informacje powinny wyróżniać się na pierwszym planie wyświetlacza, podczas kiedy statyczne oraz mniej ważne dane lub informacje, które przekazują kontekst sytuacji, takie jak naczynia lub tło wyświetlania, powinny wtapiać się bardziej w tło. Dla postrzegania sytuacji przez operatora ważne jest podkreślenie stanów nieprawidłowych, warunków będących poza normą oraz danych dynamicznych. W przypadku, kiedy projektant wykorzystuje kolory do określania znaczenia, ważne jest, aby określony kolor został użyty wyłącznie do kodowania określonego specyficznego znaczenia. Jeśli kolor czerwony oznacza stan krytycznego alarmu, wówczas nie powinien on jednocześnie oznaczać, że pompa jest wyłączona (co może być jej stanem normalnym). Nierozróżniające kodowanie wymaga od widza dodatkowego wysiłku umysłowego oraz czasu, aby starannie prześledzić obiekty podobnie oznaczone kolorem na wyświetlaczu operatora i ocenić, co oznacza kolor czerwony w każdej konkretnej sytuacji wyświetlania obiektów.

W celu zmaksymalizowania możliwości oddziaływania przez określanie znaczenia, projektant musi wziąć pod uwagę, jak kolor tła wzmaga skuteczną luminancję i kontrast koloru. Z punktu widzenia kontrastu luminancji projektant powinien wybrać tło białe, czarne lub szare. Białe lub czarne tło da maksymalny kontrast luminancji przy ciemnym lub jasnym tekście lub obiektach. Badanie wykazało, że zdolność widzenia szczegółów (tj. ostrość widzenia) jest lepsza w przypadku ciemnego tekstu na białym tle.
Z punktu widzenia kontrastu koloru zastosowanie tła o jasnych odcieniach szarości umożliwia użycie szerszego zakresu koloru pierwszego planu, do oddziaływania poprzez ustalanie znaczenia, niż tła w jasnym kolorze, takim jak jasny brąz, zielony lub niebieski, szczególnie kiedy bierze się pod uwagę wpływ tego wyboru na osoby z zaburzeniami widzenia kolorów. Przy tle innym niż szare określone regiony palety kolorów pierwszego planu pokrywają się ze spektrum kolorów tła, zmniejszając kontrast koloru dla osób normalnie widzących kolory i zwiększając prawdopodobieństwo pomyłek i popełnienia błędów w przypadku osób z zaburzeniami widzenia kolorów.
Dlaczego nie biały lub czarny?
Dlaczego więc nie zastosować białego tła wyświetlacza zamiast szarego? Przyczyną jest fakt, że kolor tła wyświetlacza w połączeniu z poziomem oświetlenia otoczenia w sterowni może mieć wpływ na ryzyko nadmiernego obciążenia i przemęczenia wzroku, jak również na ostrość widzenia. Jeśli ktoś patrzy na jasny wyświetlacz w ciemnym pomieszczeniu lub na ciemny wyświetlacz w jasnym pomieszczeniu, oczy muszą się przystosować do zmiany w luminancji przy przenoszeniu wzroku z pomieszczenia na wyświetlacz. Przy kolejnym spojżeniu na jasne i ciemne źródła światła, przez okres 12-godzinnej zmiany, operatorzy mogą doświadczać nadmiernego obciążenia i przemęczenia wzroku.
Z punktu widzenia operatora luminancja tła używanych wyświetlaczy będzie głównym wyznacznikiem poziomu adaptacji ich wzroku. Stąd też, utrzymując minimalny kontrast pomiędzy oświetleniem otoczenia w sterowni i luminancją tła wyświetlacza, można poprawić komfort widzenia. Ponadto wykazano, że ostrość wzroku jest lepsza, kiedy luminancja otoczenia jest równa luminancji wyświetlacza. Dlatego zalecenie jasnego tła wyświetlacza jest powiązane z zaleceniem wysokiego poziomu oświetlenia otoczenia w sterowni.
Kluczowym czynnikiem, mającym wpływ na decyzję dotyczącą poziomów oświetlenia otoczenia w sterowni, jest ich wpływ na zachowanie czujności operatora. Wykazano, że niskie poziomy czujności zmniejszają efektywność pracy operatora. Długie zmiany robocze (trwające zwykle 12 godzin), powiązane z rotacyjnym harmonogramem tych zmian, stanowią poważne wyzwania dla operatorów, polegające na konieczności utrzymywania skutecznego poziomu czujności, mimo wpływu, jaki wywiera na nich ich zegar biologiczny. Praca w ciemnej sterowni zwiększa to wyzwanie dotyczące utrzymywania czujności, gdyż powoduje fizjologiczną reakcję, która ułatwia zasypianie.
Z tego też powodu jasne, dobrze oświetlone sterownie mogą poprawić poziom czujności operatora i wynikającą z tego efektywność jego pracy.
W podsumowaniu, połączenie czynników projektowych, które wpływają na świadomość postrzegania sytuacji przez operatora, jego baczną uwagę, obciążenie i przemęczenie wzroku, doprowadziło do ustalenia ogólnego zalecenia używania w wyświetlaczach operatorskich tła o jasnych kolorach, w dobrze oświetlonej sterowni. Po drugie, w celu uzyskania możliwości szerszego wyboru kolorów, co daje skuteczny kontrast w stosunku do koloru tła wyświetlacza, większość projektantów wyświetlaczy operatorskich wybiera ostatecznie kolor szary jako kolor tła, w przeciwieństwie do koloru jasnobrązowego, zielonego lub niebieskiego. Na koniec, konsorcjum ASM zaleca szary kolor tła ze względu na pozytywny wpływ tego koloru na efektywność pracy operatora, a nie ze względu na preferencje operatora w użytkowaniu gustownych, ładnych, kolorowych wyświetlaczy. Ponadto konsorcjum ASM NIE zaleca używania jedynie skali szarości w projektowaniu wyświetlaczy, lecz zastosowanieefektywnej kolorystyki w celu ustalenia względnego znaczenia informacji i następnie przekazywania informacji o zróżnicowanym znaczeniu, widocznym na pierwszy rzut oka. Jednakże projektanci wyświetlaczy muszą zdawać sobie sprawę, że użycie koloru jest tylko jednym z kilku czynników branych pod uwagę przy projektowaniu efektywnych wyświetlaczy operatorskich. Wytyczne konsorcjum ASM dają wyczerpujący zestaw zaleceń mających na celu zapewnienie, by wyświetlacz operatorski maksymalizował ludzkie możliwości w przypadku, kiedy ma się do czynienia z nieprawidłowymi sytuacjami.
Peter Bullemer i Dal Vernon Reising są starszymi wspólnikami w spółce Human Centered Solutions, LLC (spółka partnerska). Jason Laberge jest głównym pracownikiem naukowo-badawczym w firmie Honeywell Advanced Technology Labs.
CE