HMI i SCADA a mniejsza liczba awarii. Oprogramowanie wizualizacyjne zmniejsza liczbę awarii
Rys. 1. Przykład czytelnej aplikacji wizualizacyjnej Wonderware InTouch, stworzonej z wykorzystaniem komponentów biblioteki SAL
Rolą systemów wizualizacji HMI/SCADA, powszechnie stosowanych w firmach produkcyjnych, jest przede wszystkim dostarczanie informacji o tym, jak przebiega nadzorowany proces oraz natychmiastowe powiadamianie użytkowników, gdy wystąpi problem lub awaria.
Od czasu, kiedy w latach 80. XX wieku pojawiły się pierwsze wizualizacje interfejsów dla operatorów, wyświetlane na ekranach paneli operatorskich i komputerowych stacjach roboczych, rynek systemów HMI/SCADA rozwijał się bardzo intensywnie. Przez lata pojawiały się coraz bardziej zaawansowane graficznie i funkcjonalnie rozwiązania, oferujące zestaw narzędzi do tworzenia bogatych ekranów wizualizacyjnych. Szybki rozwój technologii informatycznych sprawił, że producenci oprogramowania HMI i SCADA ulepszali swoje produkty, nadając im możliwości tworzenia zaawansowanych wizualizacji, z uwzględnieniem nawet animacji 3D. W efekcie w fabrykach zaczęły pojawiać się piękne wizualizacje, ale ilość i sposób prezentowanych informacji stopniowo zaczęły przytłaczać użytkowników. W efekcie coraz trudniej było im dostrzec w gąszczu kolorowych, wylewających się z ekranów grafik to, co istotne dla produkcji.
Rozkład przyczyn awarii podczas produkcji według ASM Consortium
Prosty interfejs to dobry interfejs
Jednym z celów, jakie powinno się postawić przed wdrażanym lub rozwijanym systemem HMI/SCADA, jest dostarczanie informacji w taki sposób, by ich prezentacja wpływała na zwiększenie skuteczności działań prewencyjnych oraz zmniejszenie liczby awarii podczas produkcji. Do barier, które w fabrykach na całym świecie przeszkadzają w osiągnięciu tych celów, zalicza się zbyt dużą liczbę szczegółów oraz elementy upiększające ekrany wizualizacyjne. Zaciemniają one wizualizację i utrudniają dostrzeżenie istotnych informacji we właściwym czasie.
Według badań przeprowadzonych przez autorów przewodnika „The High Performance HMI Handbook” operatorzy wykorzystujący tradycyjne (często nieergonomiczne) ekrany wizualizacyjne, tylko w 10 proc. przypadków są w stanie wykryć zagrożenie wystąpienia awarii na podstawie wskazań wizualizacji. W pozostałych sytuacjach zgłaszają awarie dopiero po wystąpieniu alarmu. Autorzy przewodnika, opierając się na przeprowadzonych badaniach, wskazują, że współczynnik awarii przewidzianych przed ich wystąpieniem można znacznie podnieść przez dostarczenie operatorom ergonomicznych ekranów wizualizacyjnych, stworzonych w oparciu o podejście określane angielskim wyrażeniem „Situational Awareness”, („Pokaż to, co najważniejsze”).
Korzystając z tego podejścia, operator realizujący swoje zadania produkcyjne używa bardzo prostej, schematycznej wizualizacji pracy urządzenia. Obserwując prezentowane analogowo parametry maszyny, dokładnie widzi, jak przebiega jej praca. Nie musi przełączać się między wieloma oknami, a gdy parametry pracy urządzenia są prawidłowe, nie absorbują jego uwagi. Dopiero w momencie, gdy coś jest nie tak, wizualizacja przyciąga uwagę operatora i eksponuje te parametry, które zaczynają odbiegać od założeń. W tej sytuacji operator jest w stanie zareagować, zmieniając nastawy maszyny lub informując dział utrzymania ruchu o symptomach, zanim jeszcze wystąpi awaria.
Z badań autorów wspomnianego przewodnika wynika, że dzięki takiemu podejściu skuteczność detekcji zagrożeń przed wystąpieniem awarii wzrasta pięciokrotnie. Przewidywalność awarii przez samych operatorów wzrasta z 10 proc. do 48 proc., co przekłada się na radykalne zmniejszenie liczby usterek i pozwala pracownikom działu utrzymania ruchu poświęcić więcej czasu na realizację planowanych zadań prewencyjnych.
Błędy ludzkie
Badania przeprowadzone przez Konsorcjum ASM (Abnormal Situation Management Consortium) wskazują, że aż 42 proc. przyczyn awarii jest spowodowanych ludzkim błędem. 36 proc. awarii wynika z wad maszyn i sprzętu, a pozostałe 22 proc. generują same procesy.
Rys. 3. Porównanie przebiegów sterowania nieoptymalnego, opartego o progi alarmowe (z lewej), oraz sterowania pożądanego, wspieranego informacją z ergonomicznej wizualizacji (z prawej)
Ograniczenie liczby ludzkich błędów może przyczynić się do istotnego zmniejszenia częstości awarii. Operator, korzystając z ergonomicznego ekranu wizualizacyjnego, który pokazuje to, co najważniejsze, otrzymuje dostęp do odpowiednich informacji, zaprezentowanych dokładnie, w sposób jednoznaczny i czytelny. Zmniejszenie ilości napływających informacji, a także wyodrębnienie i przeniesienie na pierwszy plan tylko tych najważniejszych, korzystnie wpływają na pracę operatora i przekładają się na zmniejszenie błędów powodujących awarie.
Sterowanie w oparciu o alarmy zwiększa ryzyko awarii
Stosunkowo często operatorzy bazują na rejestrowanych alarmach i na tej podstawie podejmują decyzje odnośnie sterowania. Ilustruje to rys. 3.
Takie podejście do realizacji np. czynności produkcyjnych powoduje m.in. niechciane wahania w długości cyklu maszyny, odchylenia od norm jakościowych, generowanie dużej ilości odpadów, nieplanowane przestoje oraz zwiększone ryzyko wypadków.
Jeśli do sterowania procesem lub pojedynczą maszyną wykorzysta się oprogramowanie wizualizacyjne, stworzone w oparciu o podejście situational awareness, operatorzy są w stanie lepiej prowadzić produkcję. Ergonomiczne ekrany wizualizacyjne dostarczają im tylko takich informacji, które są im w danym momencie potrzebne. Dzięki klarownej informacji o tym, co się dzieje z procesem lub maszyną, operatorzy przestają bazować tylko na rejestrowanych alarmach i dzięki ich bardziej wydajnej pracy liczba awarii oraz koszty związane z nieprawidłowym sterowaniem zostają znacząco obniżone.
Trendy w systemach HMI/SCADA
Aktualnie, zarówno w życiu codziennym, jak i w pracy, jesteśmy ze wszystkich stron atakowani ogromną ilością informacji, których nie jesteśmy w stanie szybko przyswoić. Aby odciążyć operatorów, będących bezpośrednimi użytkownikami systemów HMI/SCADA, producenci oprogramowania wizualizacyjnego dostarczają narzędzia, które umożliwiają tworzenie ergonomicznych, prostych, a zarazem wysoce funkcjonalnych ekranów wizualizacyjnych.
Pionierem w tym zakresie jest firma Wonderware, która wraz z najnowszą wersją systemu Wonderware InTouch 2014 dostarcza użytkownikom gotowe biblioteki obiektów Situational Awareness Library (SAL), wspierające podejście projektowania ergonomicznych interfejsów HMI/SCADA dla operatorów.
Więcej informacji na temat oprogramowania Wonderware można znaleźć na stronie internetowej www.astor.com.pl/wonderware2014
Arkadiusz Rodak
specjalista ds. oprogramowania przemysłowego
ASTOR
ul. Smoleńsk 29
31-112 Kraków
tel. 12 428 63 00
fax 12 428 63 09
e-mail: info@astor.com.pl
www.astor.com.pl
source: PAR 11/2014