Aktuální vydání

celé číslo

06

2022

Vodohospodářství, energetika a využití obnovitelných zdrojů energie

IIoT, vestavné a průmyslové počítače a edge computing

celé číslo

Řízení abnormálních situací

Autor osobitě konfrontuje způsob, jakým vnímáme údaje a informace v běžném občan­ském životě, s požadavky, které jsou v tomto ohledu kladeny na operátory průmyslových zařízení. K tomu, aby úspěšně zvládli mimořádné situace, s nimiž se nutně čas od času setkávají, operátorům pomáhá metodika Abnormal Situation Management (ASM), o je­jíchž principech čtenáře v článku rámcově informuje.
 

Co to je ASM?

Při tomto konkrétním projektu se nám po­dařilo zákazníka přesvědčit, že bude vhod­né použít metodiku ASM. Co to je? Zkrat­ka je z anglického Abnormal Situation Ma­nagement. Tedy řízení abnormálních situací. Za zkratkou se skrývá konsorcium firem jako např. BP, Petrogas a ConocoPhilips. V čele tohoto konsorcia je firma Honeywell. Smys­lem práce konsorcia je vytvořit metodiku tvorby operátorských rozhraní umožňujících efektivně řídit abnormální situaci vzniklou při provozování technologického zařízení. Abnormální situací je přitom míněna jakáko­liv neočekávaná událost nebo porucha, kte­rá konfrontuje operátora během řízení tech­nologického procesu se situací jinou, než je normální provozní stav. Každá abnormální si­tuace představuje potenciální riziko pro sta­bilitu denní výroby a výtěžnost daného pro­cesu. V případě, že je na ní nevhodně reago­váno, toto riziko enormně roste. Na obr. 1 jsou ukázány omezující faktory úrovně denní výroby jednotky, což obecně může být uka­zatel hovořící o výtěžnosti výroby. Zatímco zprava je výroba omezena kapacitními limity samotného technologického zařízení, k nimž lze přibližovat produkci optimalizací, zleva snižuje úroveň výroby nevhodné řízení ab­normální situace, a to je právě prostor pro metodiku ASM.
 
Výzkumy a kvalifikované odhady hovoří o tom, že použitím metodiky ASM lze zvýšit úroveň denní výroby o 3 až 8 %, což je ilu­strováno na obr. 2.
 

Abnormální situace, prostředky, nástroje – a problém

Poruchy je možné kategorizovat z hle­diska závažnosti od minimálních, kde jde o poruchu způsobující odchylku od výrobní­ho cíle, až po poruchu katastrofickou, která vede k ohrožení života či majetku. Z hlediska příčiny vzniku může být abnormální situace způsobena samotnou technologií, procesem nebo poruchou na úrovni zařízení, což jsou příčiny často nebo většinou řešitelné prevencí a údržbou. Poslední kategorií příčiny je člo­věk, operátor, a jeho reakce. V této kategorii lze abnormálním situacím vždy předcházet prevencí. Řídicí systém musí prostřednictvím svého grafického rozhraní zajistit dostatečné funkční schopnosti k tomu, aby operátor byl schopen abnormální situaci řídit.
 
Na první pohled jde o samozřejmou zále­žitost. V etapě rozvoje systémů průmyslové automatizace, ve které se nyní nacházíme, je ale stupeň jejich komplexnosti již tak vyso­ký, že vzniká určitý paradox v tom, že je stá­le složitější je ovládat. Zaváděním dalších automatizačních systémů roste komplexnost, a tak stále dokola. Uveďme několik příkladů.
Přístrojové systémy umožňují sbírat, vy­hodnocovat a poskytovat o jednotlivých prv­cích zahrnutých do systému stovky údajů. Je­jich zdroji jsou zejména stále inteligentnější zařízení na úrovni technologického zařízení, která jsou po různých, opět stále inteligent­nějších sběrnicích schopna o technologic­kém zařízení i o sobě vypovědět téměř coko­liv. Mnohdy se lze setkat se snahou tyto „uži­tečné“ informace vnutit operátorovi a chtít po něm, aby je vyhodnocoval a pracoval s nimi. I samotné řídicí systémy jsou stále komplexnější, jsou schopny diagnostikovat samy sebe na různých úrovních a tato dia­gnostická data poskytovat okolí.
 
Řídicí systémy jsou stále otevřenější a in­tegrují mnoho funkčních schopností z obo­ru informační techniky (IT). Počítačovými platformami počínaje, přes operační systé­my a možnostmi na aplikační úrovni konče. Na úrovni tvorby grafického rozhraní člo­věk-stroj se lze tudíž setkat se stejnými mož­nostmi jako v běžných vývojových nástro­jích v oblasti IT (objekty, barvy, multimedi­ální objekty atd.).
 
Nejsme tedy omezeni ani v dostupnosti in­formací pro operátory, ani funkčními schop­nostmi a šíří prostředků a nástrojů, které lze použít pro jejich zpracování a poskytnutí ope­rátorovi na grafickém displeji. A to je právě ten problém.
 

Metodika ASM

Snahou metodiky ASM je vytvořit tako­vé prostředí, které bude pro operátora tech­nologického zařízení efektivní. A právě pro­to, že na konci nebo, chceme-li, na vrcholu systému automatizace technologického zaří­zení je člověk – operátor s určitými vlastnost­mi a schopnostmi, jako jsou rychlost reakce, schopnost rozlišit a vyhodnotit jednotlivé události plynoucí v čase, schopnost reago­vat konzistentně – je třeba předcházet jeho selhání při řízení abnormální situace. Kritic­kým místem je v současnosti grafické rozhra­ní řídicího systému. Selhání člověka při říze­ní abnormální situace může být způsobeno špatným vyhodnocením problému v důsled­ku jeho zavalení „hromadou“ dat, ukvape­nou nebo nekonzistentní reakcí, opožděnou reakcí, nedostatečnou komunikací. Struktu­rovaně jsou důvody selhání lidské obsluhy uvedeny v tab. 1.
 
Charakteristické dvě cesty reakce člověka na abnormál­ní situaci, z nichž jedna vede k selhání a druhá k úspěšnému zvládnutí abnormální situace, znázorňuje obr. 3.
 
Naprosto zásadní kompo­nentou v oblasti prevence se­lhání řízení abnormální situace je rozhraní člověk-stroj. A prá­vě této oblasti se konsorcium ASM velmi intenzivně věnuje.
 
Pojďme se podívat na hlavní východiska, na jejichž základě jsou následně definovány zása­dy pro tvorbu grafického roz­hraní. Jde o princip koncepce barev, princip hierarchie dis­plejů a navigace a princip kon­zistentního značení.
 

Koncepce barev

Při řízení abnormální situ­ace je rozhodující schopnost včas rozpoznat rozhodující událost na grafickém operátorském displeji, správně ji vyhodnotit a včas správně reagovat. Na začátku tohoto řetězce je tedy schopnost včas vyhodnotit změnu. Událost lze na gra­fickém displeji indikovat změnou vlastnos­tí určitého objektu, barvy, dynamiky (bliká, nebliká). Pro zjištění naší schopnosti identifi­kovat změnu barvy na disple­ji si proveďme malé cvičení. V sekvenci sestav barevných polí na obr. 4 se barva někte­rých polí mění, přičemž ostat­ní pole zůstávají bez změny.
 
Lze předpokládat, že budete souhlasit, že změ­ny v barevných schématech na obr. 4 jsou sice patrné, ale pro jednoznačnou a včasnou reakci operátora zřejmě ne­dostatečné.
 
Zkusme to jinak, a to pod­le obr. 5.
 
O jednoznačnosti a rych­losti identifikace změn v této druhé sadě barevných sché­mat zřejmě není pochyb. Právě na tomto principu ba­revných schémat je založe­no první pravidlo metodiky ASM, a to pro práci s bar­vami.
 
Hlavní zásady podle toho­to pravidla jsou:
  • počet barev objektů je mi­nimální a konzistentní,
  • červenou a žlutou lze použít pouze pro vý­strahy,
  • barvy se používají k dosažení dostatečné­ho kontrastu,
  • je třeba vyvarovat se kombinace barev, kte­ré mohou vést k „barvosleposti“,
  • pozadí displeje se musí volit takové, aby nedocházelo k oslnění,
  • barva představuje redundantní kódování vizuální informace.
Na základě uvedených pravidel je defino­ván model pro zobrazení výstražných hlášení (alarmů). Příklad, jak při indikaci výstražné­ho hlášení využít redundantní kódování bar­vou, je ukázán v tab. 2.
Ostatní zobrazení, ať už statických, nebo dynamických objektů, na operátorských dis­plejích se podle metodiky ASM tvoří kombi­nací šedé a černé barvy. Toto pravidlo vede k technologickému schématu zobrazenému na operátorském displeji např. podle obr. 6.
 
Všimněme si, že kromě abnormálních stavů, tedy výstražných hlášení, není na dis­pleji provedeno nic v jiné barvě než v odstí­nech šedé. Kromě alarmů je totiž vše v nor­málním stavu, např. rozdíl mezi otevřeným a zavřeným ventilem je indikován pouze růz­ným stupněm šedi právě proto, že oba stavy jsou normální. Stejně tak nejsou potrubní tra­sy značeny barevným rozlišením podle dru­hu média. Takovéto barevné schéma disple­je dává operátorovi jednoznačnou informaci, na základě níž se může rozhodnout o vhod­ném zásahu směřujícímu k vyřešení abnor­mální situace.
 

Hierarchie displejů a navigace

V řízení technologického procesu je dal­ším důležitým aspektem na úrovni rozhraní člověk-stroj účinná navigace množinou gra­fických zobrazení. Navigace má umožnit ori­entaci a přechod v hierarchické struktuře dis­plejů, a to horizontálně i vertikálně.
 
Důležité je vytvořit rozumný obsah zobra­zení na jednotlivých úrovních operátorského rozhraní tak, aby vždy dostatečně informova­la operátora jak o daném řezu technologií, tak i o ostatních částech technologického zaříze­ní. Obrazová sekvence tvořená obr. 7, obr. 8 obr. 9 ukazuje příklady zobrazení jednotli­vých úrovní.
 
Na obr. 7 je grafické zobrazení první úrov­ně – přehledové, z něhož lze vyvolat potřeb­né sady zobrazení druhé úrovně (obr. 8). Zob­razení první úrovně současně určuje struktu­ru všech zobrazení druhé úrovně. Obdobný vztah je mezi grafickými zobrazeními druhé a třetí úrovně (obr. 9).
 

Konzistentní značení

Dalším prvkem metodiky ASM je konzis­tentnost ve značení či reprezentaci jednotli­vých zařízení. Pro zobrazení technologic­kých zařízení a přístrojů je vhodné používat objekty s integrovaným zobrazením podstat­ných informací. Na obr. 10 je ukázán možný způsob zobrazení regulátoru se všemi údaji důležitými pro operátora.
 
Obdobně bychom mohli pokračovat s pří­klady zobrazení dalších prvků, což ovšem není smyslem tohoto textu.
 
Podstatné je, uvědomit si roli operátora při současném stupni rozvoje technických pro­středků pro automatizaci. Operátor, jak již bylo několikrát uvedeno v předchozím textu, musí především včas vyhodnotit abnormální situaci a adekvátně efektivně ji řídit. K tomu musí dostat takové nástroje, aby riziko jeho selhání bylo minimalizováno.
 
Na rozdíl od „normálního“ života člověka, který je obklopen mnoha událostmi a působí na něj mnoho podnětů, které každý z nás může vyhodnotit rozdílně, je svět operátorů výrobní technologie v tomto ohledu naprosto odlišný.
 
Odkazy na Internet:
 
Milan Kucharský, Honeywell s. r. o.
 
Obr. 1. Principiální faktory omezující úroveň denní výroby jednotky
Obr. 2. Použitím metodiky ASM lze zvýšit úroveň denní výroby o 3 až 8 %
Obr. 3. Cesta úspěchu, cesta selhání při řešení abnormální situace
Obr. 4. Test schopnosti identifikovat změnu v sestavě různobarevných polí
Obr. 5. Barevné uspořádání umožňující rychle a jednoznačně identifikovat změnu
Obr. 6. Příklad zobrazení technologické schématu na operá­torském displeji v barvách podle metodiky ASM
 
Tab. 1. Hlavní důvody selhání lidské obsluhy
Tab. 2. Použití redundantního kódování barvou při indikaci výstražného hlášení
 

Taková normální situace

Dnes ráno, stejně jako každou sobotu, jsem vstal brzy. Mám to rád. Vezmu našeho pudlí­ka Alexe, je mrazivo, na ulicích téměř nikdo není, klid, ticho. Sem tam vidím pár známých postav, jak jdou kamsi se svými alexy. Vybírám jednu z mnoha oblíbených pěších tras. Ob­ligátní zastávkou je trafika na hlavní třídě, kde nakupuji ranní čtivo, denní tisk a nějaké dal­ší periodikum. Sbalím vše do ruličky pod paži a těším se, jak si u ranní kávy rozšířím pře­hled o tom, co se stalo, co se stane, a často, jak to všechno dopadne.
Káva je připravena, usedám ke stolu, nasazuji brýle. Listuji novinami a nechávám se za­ujmout tím, co na stránkách vidím. Přehlížím titulky, začítám se do úvodních řádků člán­ků, rychle se dostávám na poslední stranu a zjišťuji, že jsem vlastně žádný článek nepřečetl do konce. Mám v sobě jen střípky pocitu uspokojení, pachuti nechutnosti nebo opovržení, v závislosti na tom, co můj mozek tím krátkým letem novinami vstřebal.
Co jsem tím vlastně získal, jakou hodnotu a smysl mají informace, které jsem načerpal? Mají vůbec noviny, média obecně ambici zaujmout člověka něčím skutečně důležitým a za­jímavým a tomuto cíli podřídit výběr tématu, události a vhodnou formou vtáhnout čtená­ře rychle do děje, aby bez váhání zhltnul předloženou informaci? A navíc aby byl schopen uznat, že to, co čte či vnímá, je právě to ono, co je mu určitým způsobem užitečné?
Je to samozřejmě sama o sobě složitá úloha, člověk je v dnešním mediálním světě ob­klopen takovou záplavou údajů a informací, že je mnohdy ani nevyhodnocuje, a často mu zcela pozitivní informace nepřipadá jako důvod k radosti a naopak spoustu „zrůdností“ bere na vědomí bez většího vzrušení.
Lehce zklamán usedám k počítači, musím ještě dodělat pár restů ze včerejška, a kdy jin­dy, než teď, než se probudí zbytek rodiny. Zbývá mi dokončit denní hlášení ze stavby. Do­stali jsme se už do fáze zahájení individuálních zkoušek a částečného spouštění technologie. Operátoři jsou již vyškoleni z hlediska obsluhy systému a aktuálně, souběžně s probíhajícími zkouškami ovládají technologické zařízení. Hlavní technolog klienta se mnou včera prohodil pár slov, která mě velmi potěšila. Říkal: „Víte, ti naši operátoři si začínají ten váš systém po­chvalovat, rychle se orientují, nemají problém s navigací, rychle jsou schopni identifikovat pro­blém.“ Po pravdě, nečekal jsem to, ani jsem se cíleně na takovou věc neptal. Vzpomněl na za­čátky tohoto projektu, kdy jsme velmi intenzivně jednali o koncepčních věcech. Jedna ze zá­sadních, a to je vždy v každém projektu, je koncepce vizualizace. Jsou to většinou zdlouhavá jednání a polemiky, při nichž se obtížně dostáváme k cíli. A když už se zdá, že jsme u cíle, ně­kdo přijde s „dobrým“ nápadem a těžce vydobytou shodu rozmělní v opětovných diskusích.
 

Zpět z tvrdé operátorské reality

Večer si dočtu noviny, přece jen mě tam něco zaujalo a rád bych se dozvěděl troš­ku více. Zřejmě to ale nebudu nijak vyhod­nocovat ani bezprostředně reagovat. Po­dobných „zpráv“ okolo mne ještě proběh­ne zítra, pozítří. Půjdu se pak opět projít s Alexem.