Zarządzanie alarmami 
– od czego zacząć?

Zapisy i wytyczne zawarte w amerykańskim standardzie ISA-18.2 mogą być podstawą do zrozumienia, uproszczenia i wdrożenia filozofii zarządzania sygnałami alarmowymi w przedsiębiorstwie.

Obsługa i zarządzanie sygnałami alarmowymi w zakładzie przemysłowym to bardzo istotne i odpowiedzialne zadanie. Jak zorganizować taki system zarządzania? Od czego zacząć i jakich strategii, narzędzi używać? W artykule zamieszczono cztery najważniejsze porady i wskazówki dla wszystkich, którzy zaczynają organizowanie programów zarządzania alarmami w oparciu o wytyczne zawarte w jedynym kompleksowym dokumencie standaryzującym, opublikowanym przez organizację ISA.
Wskazówka 1
Zrozumienie podstawowej terminologii i koncepcji organizacyjnych
Wiele przydatnych, podstawowych informacji na temat zarządzania alarmami można oczywiście znaleźć w Internecie, przeszukując hasła: zarzadzanie alarmami, racjonalizacja zarządzania alarmami (ang. alarm management, alarm rationalization). Zwykle okazuje się jednak, że uzyskanych informacji jest tak dużo, iż poszukujący po krótkim czasie przeglądania ma wrażenie przytłoczenia i zagubienia. Dlatego warto wcześniej zapoznać się z najważniejszymi pojęciami, celami i zasadami organizacji systemów alarmowania (patrz: rys. 2).
Jeszcze do niedawna, a w niektórych przypadkach nawet do dziś, użytkownicy aplikacji przemysłowych, producenci urządzeń dla przemysłowych systemów alarmowych i eksperci branży alarmowania w przemyśle kreowali własną terminologię, dostosowaną do własnych, niezależnych koncepcji organizacji systemów alarmowania. Powodowało to spore zamieszanie i wywoływało niejasności co do interpretacji niektórych podstawowych pojęć, jak alarm i alert, kondycjonowanie sygnałów alarmowych, deaktywacja itp.
W roku 2009 w organizacji ISA opracowano i opublikowano standard ANSI/ISA-18.2-2009 „Zarządzanie systemami alarmowymi w aplikacjach przemysłowych”, powszechnie znany jako ISA 18.2. Zapisy tego dokumentu znacząco przyczyniły się do ujednolicenia definicji podstawowych pojęć i pomogły w opracowaniu uniwersalnego języka w obszarze zarządzania alarmami. W standardzie zdefiniowano również model tzw. cyklu życia systemu zarządzania alarmami, w którym ustalono zasady pozyskiwania, przepływu i prezentacji informacji alarmowych. Stanowi on swego rodzaju szkielet konstrukcyjny, w którym zebrano główne wymagania, jakie muszą być zachowane przy organizacji zarządzania alarmami. Wszystkie produkty, usługi czy procesy muszą być konfrontowane z tym modelem w celu wychwycenia wszelkich różnic, braków i oceny poziomu dostosowania. Po opublikowaniu standardu ISA 18.2 wielu producentów i dostawców narzędzi systemów alarmowych podjęło działania w celu dostosowania swoich produktów i oferty do jego zapisów.
Podsumowując, po pierwsze trzeba zapoznać się z definicjami, unormowaniami i koncepcjami zarządzania alarmami opisanymi w standardzie ISA 18.2, a dopiero później poszukiwać ewentualnych dodatkowych informacji w Internecie lub literaturze fachowej, zawsze jednak w odniesieniu do tego standardu.
Wskazówka 2
Ustalenie najważniejszych celów i zakresu działania programu zarządzania
Powszechnie spotykaną przyczyną pochylenia się nad kwestiami zarządzania alarmami w przedsiębiorstwie są znaczące koszty utrzymania procesu produkcyjnego i samych maszyn właśnie w wyniku nieprawidłowo działającego systemu ostrzegania i alarmowania. Innymi czynnikami decydującymi o tego typu działaniach są pobudki czysto biznesowe, wynikające z konieczności zachowania konkurencyjności na rynku, poprawienia efektywności produkcji itp. Standard ISA-18.2 umożliwił wprowadzenie i zdefiniowanie najlepszych praktyk w zakresie zarządzania alarmami w aplikacjach przemysłowych, które mogą być podstawą do kolejnych regulacji w tym obszarze oraz szacowania ryzyka zagrożeń i skutecznego o nich ostrzegania. Z wdrożeniem koncepcji zawartych w tym standardzie wiele firm wiąże oczekiwania dotyczące redukcji kosztów zarządzania i osiągnięcia lepszych parametrów pracy maszyn uczestniczących w procesie produkcji czy przetwarzania. Występowanie sytuacji niebezpiecznych i nadzwyczajnych w niektórych zakładach przemysłowych wiąże się z bardzo dużymi stratami i dodatkowymi kosztami – tak znaczącymi, że ich eliminacja i zapobieganie pojawieniu się staje się sprawą priorytetową. W takich sytuacjach z pomocą przychodzi właśnie sprawne zorganizowanie systemów monitoringu i ostrzegania.
Trzeba jednak szczególną uwagę zwrócić na analizę sygnałów alarmowych i ustalenie celów, priorytetów alarmowania. W ten sposób możliwe jest ich uszeregowanie i zbudowanie pewnej hierarchii ważności alarmów w odniesieniu do realizacji głównych celów strategii zarządzania alarmami. Rozpatrując to zagadnienie w kierunku poszerzania zakresu programu zarządzania alarmami, hierarchia ta obejmuje:
● 
program eliminacji alarmów uciążliwych,
● 
racjonalizację sygnałów alarmowych w projekcie systemu, zależnie od potrzeb,
● 
zaawansowane techniki alarmowe i optymalizację interfejsów operatorskich HMI.
Eliminacja alarmów uciążliwych. Operatorzy systemu zawsze są narażeni na występowanie tzw. uciążliwych alarmów, czyli sygnałów ostrzegawczych pojawiających się zbyt często lub niepotrzebnie, ewentualnie niekasujących się po przerwanej reakcji operatora, automatyki lub osiągnięciu stanu ustalonego. Wydłużający się okres oddziaływania alarmów uciążliwych może doprowadzić do rutyny operatorskiej, akceptacji takiego stanu i w efekcie ignorowania sygnałów alarmowych. Również rutynowe zmiany w procesach (uruchomienia, wyłączenia czy zatrzymania serwisowe) mogą skutkować pojawieniem się sygnałów alarmowych, które w zasadzie są nieistotne i nie niosą informacji o zagrożeniu, ale wciąż pojawiają się na listingu sygnałów alarmowych. Zdarza się, że tego typu sygnały stanowią nawet do 80% ogólnej liczby rejestrowanych sygnałów traktowanych jako alarmowe. Dlatego organizując system zarządzania alarmami, w pierwszym rzędzie warto skupić się na wdrożeniu metod i narzędzi sprawnej eliminacji lub ograniczenia nadmiernej liczby sygnałów rejestrowanych w systemie, które w zasadzie nie powinny być nawet uznawane za alarmowe. Odciąża się w ten sposób operatorów od nadmiernej ilości informacji, pozwalając skupić uwagę na najistotniejszych alarmach, związanych z rzeczywistymi zagrożeniami bezpieczeństwa osób, maszyn lub ciągłości procesów.
Istnieje jednak duże ryzyko, że program zarządzania alarmami może ograniczać się jedynie do eliminacji uciążliwych alarmów. A przecież przy rzeczywistej awarii maszyny lub elementu w procesie produkcyjnym operatorzy zalewani są wręcz olbrzymią falą sygnałów alarmowych o różnym znaczeniu i użyteczności, niejednokrotnie bez odpowiedniej priorytetyzacji. Sama eliminacja alarmów uciążliwych w takich sytuacjach prowadzi jedynie do ograniczenia liczby sygnałów alarmowych (jak swego rodzaju „szumów, tła”), ale właściwie w żadnym stopniu nie wspiera operatorów w zakresie sprawnego reagowania i oceny niebezpiecznej sytuacji, jaka może wystąpić na terenie zakładu. Dlatego eksperci branży systemów monitoringu i ostrzegania zwracają uwagę, że program eliminacji alarmów uciążliwych to nie to samo, co zarządzanie alarmami.
Racjonalizacja sygnałów alarmowych, podstawowe techniki w systemach alarmowych. W standardzie ISA-18.2 zapisano, że sygnały alarmowe powinny być sygnalizowane operatorowi tylko w momencie wystąpienia awarii lub nieprawidłowej pracy maszyny, zaburzeń w przebiegu procesów lub wystąpienia warunków pracy odbiegających od ustalonych norm, wymagających odpowiedniej reakcji operatora lub systemów automatyki. W konsekwencji każdy alarm ma zdefiniowane jednoznacznie procedury dla operatora, które ograniczają lub eliminują negatywne skutki stanu awaryjnego oraz ustalają ramy czasowe, w jakich odpowiednia akcja powinna być podjęta i zrealizowana przez operatora.
Racjonalizacja alarmów to proces polegający na analizie potencjalnych i rzeczywistych sygnałów alarmowych w danym procesie przemysłowym, w oparciu o wytyczne i założenia przyjęte w opracowanej filozofii organizacyjnej systemu alarmowania, wybór sygnałów i przypisanie im priorytetów oraz odpowiednich reakcji z czasami obsługi. W następnej kolejności sygnały powinny być poddane parametryzacji (np. określenie czasu opóźnień załączenia i wyłączenia, histerezy, progów wyzwolenia alarmu itp.). A zatem w procesie tym dokonuje się usystematyzowania sygnałów alarmowych oraz związanych z nimi priorytetów i parametrów procesowych. Jeżeli jednak w procesie powstają sytuacje, w których to właśnie operator ma podejmować w bardzo krótkim czasie istotne decyzje, oddziałujące na poprawność działania urządzeń i bezpieczeństwo, konieczne jest wprowadzenie jeszcze bardziej zaawansowanych technik obsługi systemów monitoringu i alarmowania.
Zaawansowane techniki alarmowe i optymalizacja interfejsów operatorskich HMI. Alarmowanie zaawansowane to nic innego jak zbiór określonych technik i technologii (np. alarmy bazujące na stanach czujników i maszyn, statyczne/dynamiczne eliminowanie stanów alarmowych), pomocnych w zarządzaniu liczbą i częstotliwością pojawiania się sygnałów alarmowych, powstających w wyjątkowych, nadzwyczajnych sytuacjach. Jednym z przykładów może być programowa konsolidacja wielu sygnałów alarmowych, powstających przy samoczynnym wyłączeniu np. kompresora czy innego dużego urządzenia w procesie, w celu ograniczenia zalewu sygnałów alarmowych docierających do systemu i operatora, który musi otrzymać jasny przekaz i od razu orientować się, z jaką sytuacją procesową ma do czynienia.
W tego typu sytuacjach może pojawić się również konieczność odpowiedniego zarządzania treścią i wskazaniami pojawiającymi się na wyświetlaczach pulpitów operatorskich. Jednym z elementów niezbędnych w wielu przypadkach jest modernizacja samych wyświetlaczy (ich wymiana), dzięki czemu wzrasta poziom widoczności sygnałów alarmowych i świadomość sytuacji, jakie mogą zaistnieć na linii procesowej czy na konkretnej maszynie. Często zdarza się, że implementacja najbardziej zaawansowanych technik zarządzania alarmami wymaga wcześniejszego przeprowadzenia analiz i procedur racjonalizacyjnych, a wnioski z nich wypływające są dopiero podstawą dalszych, zaawansowanych działań i schematów obsługi alarmów. Implementacja zaawansowanych technik alarmowania oraz nowoczesnych interfejsów HMI może wiązać się ze znacznymi kosztami oraz koniecznością przeprowadzenia złożonych, czasochłonnych prac instalacyjno-integratorskich. Dlatego zwykle najbardziej opłacalna jest koncepcja ich powiązania z innymi dużymi projektami modernizacji cyfrowych, sieciowych systemów sterowania lub optymalizacji parametrów pracy maszyn w linii produkcyjnej, by przeprowadzić je w ramach określonej, znacznej puli środków finansowych i robocizny, przewidzianej w budżecie firmy.
Zawsze jednak należy pamiętać o dokładnym określeniu oczekiwań, jakie będą stawiane systemowi zarządzania alarmami, odniesieniu ich do kosztów realizacji oraz korzyści, jakie przyniesie wdrożenie i w oparciu o te przesłanki – dobór skali i zakresu realizacji systemu.
Wskazówka 3
Budowanie procesów działających w pętli zamkniętej – pewność pozytywnych rezultatów
Organizowanie funkcjonowania procesów przemysłowych wymaga zrozumienia podstaw koncepcji i korzyści, związanych z zastosowaniem cyklu pracy w pętli zamkniętej. Według podobnego schematu funkcjonuje model cyklu życia alarmów przyjęty w standardzie ISA-18.2, z zaznaczeniem sygnałów zadających i sprzężeń zwrotnych (patrz: rys. 1).
Przyjęcie właściwego punktu startowego to podstawa w kreowaniu filozofii zarządzania alarmami. Wprowadza ona i określa zasady oraz działania implementacyjne, niezbędne prace serwisowe i utrzymania eksploatacyjnego, z zakładanymi rezultatami i poprawą osiągów. Niekompletna lub nieadekwatna do danej aplikacji filozofia zarządzania alarmami albo przyjęcie złego punktu startowego najprawdopodobniej doprowadzi do braku stabilności rezultatów i w konsekwencji niewłaściwego działania systemu zarządzania alarmami. Na przykład jeżeli proces racjonalizacji alarmów ugrzęźnie w szczegółowej, przedłużającej się dyskusji dotyczącej ważności i priorytetów każdego sygnału alarmowego, zwykle okazuje się, że każdy sygnał ma w zasadzie krytyczne znaczenie w procesie, a określenie wartości granicznych i parametrów znormalizowanych dla niego zmienia się z czasem, wtedy filozofia zarządzania alarmami zaczyna się rozmywać i nie spełnia swej kluczowej roli w procesie implementacyjnym. Dobrze sformułowana filozofia zaś, wśród wielu innych kwestii, określa również metodologię priorytetyzacji alarmów, tworzenia spójnej struktury i hierarchii sygnałów ze wskazówkami do wyznaczenia i ustalenia wszystkich parametrów i nastaw dla sygnałów alarmowych.
Filozofia zarządzania alarmami definiuje również pożądane i oczekiwane rezultaty, po wprowadzeniu systemu zarządzania zwykle mierzone kluczowymi wskaźnikami osiągów, do których należą m.in.:
● 
częstotliwość występowania alarmów – średnia liczba alarmów dziennie lub przypadająca na jednego operatora, procentowa ilość czasu, w jakim liczba alarmów przekraczała np. 10 na 10 minut itp.,
● 
maksymalna liczba alarmów, jakie pozostawały aktywne przez ponad 24 godziny,
● 
rozkład alarmów o różnych priorytetach w czasie.
W systemach zarządzania o strukturze pętli zamkniętej osiągi i skuteczność działania systemu powinny być mierzone okresowo, odnoszone do kluczowych wskaźników i poddane ocenie. Najczęściej jest jednak dość trudno zbudować i zaimplementować system zarządzania, który:
● 
systematycznie przegląda i analizuje sygnały zwrotne, identyfikując stan pracy,
● 
efektywnie zarządza zmianami w procesie, jednocześnie wykrywając i zapobiegając nadmiernym rozbieżnościom pomiędzy parametrami zadanymi a aktualnie ustawionymi na maszynach w procesie,
● 
stale udoskonala działanie systemu alarmowania przez modyfikację lub usunięcie nieefektywnych sygnałów alarmowych.
Poświęcenie należytej uwagi i wysiłku na opracowanie poprawnej filozofii zarządzania alarmami jest niezwykle istotne. Inżynierowie i użytkownik muszą mieć pewność, że implementacja systemu będzie bazować na najlepszych dostępnych narzędziach i praktykach (operatorzy, inżynieria sterowania, inżynieria procesów itp.). Bardzo korzystne jest skorzystanie z usług (doradczych i eksperckich w tym zakresie) doradców wspierających proces tworzenia filozofii dla danej aplikacji oraz prowadzących szkolenia na temat najlepszych praktyk i zasad organizacji nowoczesnych systemów alarmowania.
Wskazówka 4
Zastosowanie odpowiednich narzędzi do określonych działań
Nakońcu pojawia się kwestia doboru właściwych narzędzi do realizacji zadań związanych z implementacją systemu zarządzania alarmami. Budowa i utrzymanie takiego systemu jest bowiem ciągłą i dość znaczącą inwestycją. Wspomniany standard ISA-18.2 nie określa, jakich narzędzi trzeba używać, wskazuje jedynie, jakie cele i założenia mają być osiągnięte. Na szczęście na rynku dostępnych jest wiele narzędzi, produktów i usług ułatwiających implementację systemów zarządzania alarmami zgodnie z tym standardem i ukierunkowanych na poprawę osiągów procesów oraz zwiększanie zysków.
Jednym z najważniejszych i podstawowych jest baza danych głównych sygnałów alarmowych, z listą uporządkowanych alarmów wraz z ich podstawowymi atrybutami. Taka baza może być obsługiwana przez klasyczne arkusze kalkulacyjne lub oprogramowanie do baz danych. Do zarządzania alarmami służą również dedykowane narzędzia i środowiska programowe, ułatwiające prowadzenie procesu racjonalizacji i porządkowania sygnałów alarmowych, wprowadzanie zmian w architekturze i priorytetyzacji systemu zarządzania alarmami, automatyzację wprowadzania nastaw i parametrów poszczególnych sygnałów oraz przeprowadzenie końcowych audytów, również w odniesieniu do kluczowych wskaźników osiągów. Jednym z takich programów są pakiety umożliwiające automatyczne zebranie informacji, analizę i wystawienie raportów z oceny poziomu osiągnięcia kluczowych wskaźników. Jeżeli głównym celem jest jedynie eliminacja uciążliwych alarmów, taki pakiet może być jedynym narzędziem, które będzie potrzebne w takiej aplikacji. Narzędzia analizy alarmów to zwykle kompleksowe platformy programowe, zapewniające miks różnych narzędzi: raportowanie stanu kluczowych wskaźników bazujących na wartościach rekomendowanych w standardzie ISA-18.2, narzędzia śledzenia alarmów zapewniające wniknięcie w strukturę i źródło sygnału szczególnie w sytuacjach, gdy następuje gwałtowny wzrost liczby sygnałów przy stanach awaryjnych, narzędzia zapisu i przeszukiwania historii wystąpień różnych sygnałów alarmowych itp.
Jeżeli w zakresie danej aplikacji systemu zarządzania alarmami wykorzystuje się zaawansowane techniki obsługi alarmów, potrzebne są jeszcze dodatkowe narzędzia, których zadaniem jest prezentacja alarmów operatorowi, z sugerowaną ścieżką postępowania w celu deaktywacji lub automatyczne reagowanie na wybrane rodzaje sygnałów alarmowych.
Niektóre narzędzia dedykowane do zarządzania alarmami oferowane są w postaci gotowych, kompleksowych systemów oprogramowania, dostosowanych do konkretnego typu aplikacji systemów alarmowych, oferowanych przez wybranych dostawców i producentów. Inne znów są wyspecjalizowanymi narzędziami obsługującymi konkretny obszar lub wręcz pojedyncze zadanie w ramach wspomnianego wcześniej modelu cyklu życia systemu zarządzania alarmami. Niektóre rozwiązania dla systemów zarządzania alarmami, oferowane przez producentów systemów sterowania, skupiają się na optymalizacji struktur alarmowania i ich integracji z modułami automatyki.
Oferta narzędzi dostępnych na rynku jest niezwykle zróżnicowana zarówno funkcjonalnie, jak i cenowo. Dlatego porównując je podczas podejmowania decyzji o zakupie i wdrożeniu, warto zawsze w pierwszym rzędzie odnieść się do zapisów i wymogów standardu ISA-18.2, by zapewnić jak największą spójność z przyjętymi w nim normami i zasadami. Wybór odpowiednich narzędzi zapewni bowiem zwiększenie efektywności systemu alarmowania, a co za tym idzie całej produkcji, oraz zagwarantuje spójność i jednolitość zasad obsługi sygnałów alarmowych.
Wprowadzenie standardu ISA-18.2 miało zasadniczy i pozytywny wpływ na uporządkowanie rynku systemów zarządzania alarmami. Dzięki nim użytkownicy i operatorzy systemów monitoringu i utrzymania ruchu mogą poczuć się pewniej, obsługując linie produkcyjne i reagując na niespodziewane sytuacje odbiegające od ustalonych norm, stwarzające potencjalne zagrożenie dla procesów, maszyn i pracowników.