Требования к функциональным характеристикам» с учетом подходов ситуационного восприятия

1.

Разработка ПК «Интерфейс оператора.
Требования к функциональным
характеристикам» с учетом подходов
ситуационного восприятия
Федорович А.С, Стерехова В.С.
Зебзеев А.Г., Сионина О.В.
XIII региональная научно-техническая конференция молодых специалистов АО «ТомскНИПИнефть»
«Проблемы разведки, разработки и обустройства месторождений нефти и газа»
1

2.

Актуальность
В настоящее время человеко-машинный интерфейс является неотъемлемой частью любой АСУ ТП.
Основная роль по управлению технологическим процессом сохраняется за оператором.
Влияние на оператора
Тенденции в АСУ ТП
Укрупнение систем
Повышение уровня автоматизации
Увеличение объемов данных
Диспетчерское управление
Перегруженность мнемосхем данными
Реактивное управление
Высокий риск ошибки
Потеря оператором осведомленности
Удаленное управление
Подходы к представлению информации посредством ЧМИ, как и сами
стандарты разработки ЧМИ, не изменяются и не актуализируются.
Потери от некачественного управления оцениваются в 2 млрд.$ в год только в
нефтепереработке и нефтехимии.
2

3.

Текущая ситуация в области создания ЧМИ
Рис. 1 – Примеры существующих интерфейсов
3

4.

Текущая ситуация в области создания ЧМИ
Рис. 2 – Пример интерфейса c анимацией
4

5.

Проблемы, требующие решения
1. На данный момент разрабатываются
интерфейсы, которые не соответствуют
современным требованиям, не являются
эффективными, не способны оптимально
отображать информацию для оператора.
2. У проектировщиков и разработчиков
отсутствуют единые требования и
стандарты разработки ЧМИ.
Получение замечаний от Заказчиков,
необходимость корректировки
документации под КД, которая требует
длительных трудозатрат.
5

6.

Цели и задачи
Цель – разработать Положение Компании «Интерфейс оператора.
Требования к функциональным характеристикам»
Эксплуатация
Развитие нормативной базы для
формализации и унификации требований в
отношении продукции и услуг, поставляемых
при создании и модернизации интерфейсов
АРМ оператора.
Повышение защиты от недоброкачественной
и/или низко надежной продукции (услуг) и
снижение риска возникновения аварий и
аварийных ситуаций.
Повышение безопасности людей
(операторов), оборудования и окружающей
среды посредством создания эффективных и
производительных интерфейсов АРМ
оператора.
Проектирование
Оптимизация сроков при реализации
проектов АСУ ТП.
Повышение качества проектирования (за
счет создания и привлечения
специализированного института и
распространения опыта в КНПК путем
разработки и внедрения документации
типового проектирования и локальных
нормативных документов).
Оптимизация затрат при реализации АСУ
ТП за счет изменения порядка
проектирования и этапов создания АСУ ТП.
6

7.

Этапы работы
ДЕК
НОЯБ
ОКТ
СЕНТ
АВГ
ИЮЛЬ
ИЮНЬ
МАЙ
АПР
МРТ
ФЕВ
ЯНВ
ДЕК
НОЯБ
ОКТ
СЕНТ
2020
АВГ
ИЮЛЬ
ИЮНЬ
МАЙ
АПР
МРТ
ФЕВ
ЯНВ
2019
Разработана 1-ая редакция
Положения
1. ТЗ утверждено
2. ЛНД разработан
3. Обсуждение проведено
4. Согласование завершено
5. ЛНД утвержден
7

8.

Установление требований к структуре экрана интерфейса
Область главного меню
Текущий пользователь
Область видеокадра
Область технологической сигнализации
Статусная строка
Eye tracking интерфейса АРМ оператора*
Главное меню содержит кнопки для вызова основных функций контроля и управления интерфейсом АРМ:
вызов графиков, гистограмм, трендов
вызов видеокадров
вызов отчетов
вызов журналов сообщений
вызов справки
* «The High Performance HMI Handbook», Habibi Eddie, Hollifield Bill
8

9.

Установление требований к иерархии мнемосхем
Опорная мнемосхема для каждой
информационной модели
Основная
мнемосхема
Только те элементы, которые необходимы
оператору для контроля и управления
объектом
Мнемосхема
технологических
участков
Структура мнемосхем в виде иерархии,
состоящей минимум из трех уровней
мнемосхем.
Сложные технологические узлы раскрыты в
виде соответствующих уточняющих
мнемосхем
Окно управления
1 уровень – Основная мнемосхема ТО
2 уровень – Мнемосхемы тех. участков и узлов ОУ
3 уровень – Окна управления
Мнемосхемы перегружены
информацией
Требования к иерархии
разработаны с учетом
подхода ситуационного
восприятия
Снижение вероятности ЧП и
затрат на их устранение
9

10.

Установление требований к построению экранных форм
Сигнализация, информирующая об
отклонении параметров, нарушении
условий безопасной эксплуатации
Одинаковая структура экрана для всех
типов интерфейсов
картинка
Единые, однозначно определяемые
способы представления информации на
видеокадрах
Пример мнемосхемы
Мнемосхемы перегружены
информацией
Обратная связь на все действия оператора
Требования разработаны с
учетом подхода
ситуационного восприятия
Снижение вероятности ЧП и
затрат на их устранение
10

11.

Установление требований к цветовому кодированию
Число используемых цветов - минимальное, фон
«спокойной цветовой гаммы»
Яркий цвет применяется для индикации
возникающих отклонений
Исключение неоднозначного использование цвета
для индикации событий
Графика процесса не должна привлекать внимание
оператора, когда система в норме
картинка
Аварийные сигналы отражаются большей
интенсивностью цвета
Недостоверный сигнал или сигнал плохого качества
отображается шрифтом серого цвета
У каждого заказчика свое
субъективное видение на
разработку интерфейса
Проектирование интерфейса
оператора регламентировано
Пример мнемосхемы
Сокращение трудозатрат на
корректировку
Цвета для отображения информации на мониторах рабочих мест должны удовлетворять
требованиям ГОСТ Р МЭК 60073.
11

12.

Установление требований к основным графическим
мнесимволам
Значение параметра
находится в пределах
нормы
Аналоговый параметр
Нарушение допустимых
верхних норм
Нарушение допустимых
нижних норм
Обозначение параметра
Цифровой индикатор
текущего значения
параметра
Нарушение предельных
верхних норм
Нарушение предельных
нижних норм
Цветовой индикатор
текущего состояния
параметра
Канал в режиме имитации
Единица измерения
параметра
Давление
0.500 МПа
H
Индикатор значения
параметра
Индикатор нарушения
норм
Датчик в ремонте
(маскируемый параметр)
Нет связи, значение
параметра недостоверное
У каждого заказчика свое
субъективное видение на
разработку интерфейса
Проектирование интерфейса
оператора регламентировано
Сокращение трудозатрат на
корректировку
12

13.

Установление требований к основным графическим
мнесимволам
Д
0
Кр1.1
Д
Состояние:
«промежуточное»
Арматура
0
Состояние: «закрыто»
Кр1.1
Д
Состояние: «открыто»
Кр1.1
Б
Значение положения
100
Индикатор режима
управления
Состояние
электропривода
0
Состояние: «авария»
М
0
Кр1.1
0
Состояние: «в ремонте»
Кр1.1
Д
0
Кр1.1
Д
0
Кр1.1
Д
0
Кр1.1
0
Кр1.1
Состояние: «команда
управления открыть»
Состояние: «команда
управления закрыть»
ХХХХ
Состояние арматуры
Наименование
арматуры
Индикаторы движения
арматуры
Состояние: «команда
управления стоп»
Состояние: «нет связи с
контроллером»
13

14.

Установление требований к основным графическим
мнесимволам
Д
U
Включен
Д
Отключен
Н-1
U
В резерве
М
Готов
Авария
Индикатор режима
управления
Состояние: «В горячем
резерве»
М
ХХХХ
U
Состояние: «Готов»
Состояние: «Авария»
Цветовой индикатор
состояния насоса
Индикатор наличия
питания в цепях
управления
Включен
Буквенный индикатор
состояния насоса
Н-1
U
В ремонте
Б
Состояние: «Отключен»
Н-1
U
Б
Наименование насоса
Н-1
U
Б
Состояние: «Включен»
Н-1
U
М
Насос
Н-1
Н-1
U
Нет связи
Состояние: «В ремонте»
Состояние: «Нет связи с
контроллером»
14

15.

Установление требований к построению панели трендов
Тренды
Увеличение
3
10 мин
30 мин
2.5
1 час
2
2 часа
6 часов
1.5
12 часов
24 часа
1
0.5
0
11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 20:00:00 21:00:00 22:00:00 23:00:00 0:00:00
23.03.2018 11:00
Сброс
23.03.2018 00:00
№ Параметр
ед. измер.
1
Е-2/1. Давление в емкости
МПа
2
Е-2/2. Давление в емкости
МПа
3
Е-2/3. Давление в емкости
МПа
Добавить перо
Сетка
Выгрузить
Удалить перо
Пример панели трендов
На трендах реального времени
должна отображаться информация
за текущие сутки.
Большой разброс качества
работы операторов
Отображение на трендах исторических
данных за выбранный период.
Разработаны информативные
графики, тренды, отчеты
Увеличение эффективности
управления тех. процессом
15

16.

Установление требований к журналу тревожных
сообщений
Оперативный журнал
аварий и событий
Исторический журнал
аварий и событий
Сообщения
должны
выделяться цветом:
Журнал сообщений
Период просмотра:
Поиск...
23.03.2018 12:00
23.03.2018 13:30
Состояние
Приоритет
Время появления
Время нормализации
Имя тега
Значение
Описание
Квитирован
1
23.03.2018
12:15:15
23.03.2018
12:19:00
001_LA_001
3000.00 мм
Превышение макс. уровня в Е-1
Квитирован
1
23.03.2018
12:16:15
23.03.2018
12:20:00
ХХ_ХХ_ХХ
***.**
Comment2
Квитирован
3
23.03.2018
13:15:15
23.03.2018
13:23:00
ХХ_ХХ_ХХ
***.**
Comment3
ИНФ.
4
23.03.2018
13:15:15
23.03.2018
13:28:00
ХХ_ХХ_ХХ
***.**
Comment4
ИНФ.
4
23.03.2018
13:15:15
23.03.2018
13:30:00
ХХ_ХХ_ХХ
***.**
Comment5
Аварийные
Предупреждающие
Информационные
Обновить
Выгрузить
Квитировать
Квитировать все
Рис. 7 – Пример журнала тревожных
сообщений
16

17.

Установление требований к панели формирования отчетов
Конструктор отчетов
Автоматически
составляемые отчеты
«по событию» должны
формироваться без
участия человека
Период
Объект
...
выборка по объекту
23.03.2018 11:00
23.03.2018 00:00
День
Месяц
Год
Редактировать
Сохранить
Выгрузить
Наименование отчета
Тип отчета
Наработка оборудования
Сводка откачки
Учет воды
Сводка по давлениям
Отчеты «по требованию»
должны формироваться
по запросу оператора
Область отображения данных
Отказы оборудования
Режимный лист
Обновить
Рис. 8 – Пример панели отчетов
17

18.

Установление требований к окнам
Окно дистанционного
управления
Заголовок окна
Область
отображения
состояний
Область
отображения
управлений
Область
отображения
параметров
Окно конфигурации и
диагностики
18

19.

Экономическая эффективность
ОПР,
ТЗ,
TT
Разработка
ПД
Разработка
РД
Закупочные
процедуры
Закупка
Поставка
1/4 замечаний
Приходится на документ с мнемосхемами
За 2019 год порядка 90-100 чел/дней было
потрачено на корректировку документов,
содержащих мнемосхемы.
Предполагаем, что с введением Положения
трудозатраты на корректировку снизятся
минимум на 80 %.
Таким образом, при учете стоимость чел/дня
(8152 руб.) применение Положении
позволит сократить экономические
затраты на корректировку РД на 586652 тыс. руб. в год (на основании данных
2019).
Корректировка РД
(по замечаниям, под
КД)
Сокращение срока от начала
реализации до ввода системы
(за
счет
исключения
необходимости корректировок
под КД).
Снижение КВ Заказчика за
счет
исключения
необходимости корректировок
под КД.
19

20.

Экономическая эффективность
Ожидаемые эффекты от применения Положения
20%
трудозатрат*
Части ИО приходится на разработку
мнемосхем
30%
трудозатрат*
Приходится на разработку мнемосхем
при создании ППО 2-ого уровня
3-8%
прибыли от оборота**
Теряется из-за нештатных ситуаций
На 25% успешнее**
Операторы решили проблемы при
тестировании улучшенного ЧМИ
Сокращение трудозатрат
на проектирование
↓ на 3%*
Сокращение трудозатрат на
↓ на 3%*
Разработку ППО 2-ого уровня
Снижение вероятности ЧП
и затрат на их устранение
Увеличение
эффективности
управления тех. процессом
*Экспертная оценка специалистов АО «ТомскНИПИнефть»
**На основании исследований, представленных в статье «The High Performance HMI Handbook», Habibi Eddie, Hollifield Bill
20

21.

Применение нового подхода к разработке интерфейса
21

22.

Результаты и выводы
В докладе были рассмотрены актуальные проблемы неэффективной
разработки интерфейсов оператора и отсутствия единых нормативных
требований к разработке интерфейсов.
Разработано и утверждено техническое задание на разработку
Положения
Проведен анализ нормативно-технической документации, опыта
применения, научно-технических публикаций в области разработки
интерфейсов оператора
Разработана первая редакция Положения
Применение нового подхода к разработке интерфейса позволит
создавать более эффективные и производительные интерфейсы АРМ
оператора, снизить риск возникновения аварийных ситуаций по причине
человеческого фактора и сэкономить время на разработку интерфейсов.
22

23.

Спасибо за внимание!