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.
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.
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.
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.
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.