升级70年代的界面

早在工厂还在使用模拟指示器和气动控制的年代，哈维•艾维(Harvey Ivey)就以图腾柱上的底层工人的身份进入了能源行业，在成为操作员之前，他只是铲煤和扫地。36年后的今天，他是南方公司的仪器和控制系统和支持经理，在亚特兰大的电力生产商现场监督100多个单元。

多年来，Ivey见证了许多变化，最引人注目的是转向以数字格式交付数据的分布式控制系统(DCS)。Ivey说，从安全的角度来看，数字显示器为操作人员提供了更多关于工厂正在发生的事情的信息。此外，在数字世界中，更容易添加大量的提醒和警报。有了这些新信息，操作人员就可以迅速对发生的事故做出反应，对吧?

错了。艾维注意到，这些年来，操作人员犯的错误比过去更多。但这一人为错误并非由于疏忽。相反，这是一个更深层次问题的征兆。

Ivey说:“我们向运营商提供了大量的信息，并增加了他们对更多设备的责任，但我们没有提供正确的工具集来管理所有设备。”

具体来说，人机界面(HMI)是由DCS控制的每个工厂车间过程的窗口，它已经使操作员的视野变得模糊。当部署新的DCS时，旧的定制HMI没有更新，限制了收集和显示的数据，或者更有可能的是，工程师在设计HMI时专注于将尽可能多的数据放在人们面前，而没有考虑对操作员的影响。

艾维说:“我们升级了控制室里的所有东西，除了操作员，他们是同样的人，有着同样的潜力和责任。”

事实上，行业观察人士说，大多数工业事故都是人为错误造成的——典型的原因是很难评估HMI显示的数据。在模拟时代，只要看一眼压力或温度计，就能直观地知道一切是否正常。但在当今的数字世界中，操作员被数字淹没，需要一些“心理体操”来处理发生的事情，Ivey说。“我们几乎已经到了无法控制的复杂程度。我们向一个运营商扔了这么多东西，他很难接受。”

为了解决这种功能失调的数据泛滥的问题，行业正在开发操作员有效的hmi，以人类可以快速吸收的方式呈现信息。业内专家说，下一代人机界面发挥了人天生的模式识别能力，还包括控制和仪器的颜色和图形表示的战略性布置。

“不管控制系统有多好，如果你没有合适的前端以符合人体工程学的方式向操作员显示信息，你就会损害操作员安全管理生产的能力，”休斯顿PAS的首席执行官Eddie Habibi说，该公司是过程自动化、报警管理和人机界面相关产品的供应商。

此外，需要一种新的警报管理方法来抵消日常警报泛滥，这些警报淹没、分散注意力，甚至使操作员疲劳，这对他们管理情况的能力产生了负面影响。

霍尼韦尔过程解决方案公司(Honeywell Process Solutions)负责操作员效率的项目经理汤姆•威廉姆斯(Tom Williams)说:“控制室里响起这么多警报，真是太疯狂了。”他同时也是ASM联盟(ASM联盟是一个研发小组，定义了有效管理异常情况的最佳实践、产品和工具)的主管。

根据ASM，有许多因素可以导致异常情况的发生和升级。在初始阶段管理异常情况的一个关键组成部分是操作团队的干预活动。但是，如果警报不能找到问题的根本原因，它们就会导致人为错误，从而发展成一场灾难。

事件更新

普通公众都知道一些备受关注的事故，比如2010年英国石油公司(BP)在墨西哥湾的“深水地平线”(Deepwater Horizon)钻井平台发生爆炸，造成11人死亡，据英国石油公司(BP)估计，有326万桶石油流入海洋。但几乎每天都有关于全球加工厂发生火灾、爆炸或化学品泄漏的报道。去年，ASM联盟在其网站上记录了1000多起事件。

巴斯夫化工公司维护着其所有工厂事故的数据库，发现这些事件通常是由操作员的延迟反应引发的，巴斯夫北美自动化总监和过程控制首席专家基思·迪哈里(Keith Dicharry)指出。作为一名工程师，迪哈里认为，向操作员提供尽可能多的信息将有助于他或她做出更好的决定。

迪哈里说:“在过去的几年里，我们意识到事实并非如此。“从那时起，我们开始从自动化的角度审视我们做错了什么。”为了真正理解这个过程，他说:“我需要把自己的思想放在成为一名实际的操作员上。”

类似地，南方公司在其控制系统操作员的帮助下，与工程师一起进行了高性能HMI的内部设计，称为PowerGraphiX，目前已在一个750mw机组的控制室中使用。操作人员提供了他们所需的信息和图形类型的见解，然后Ivey与PAS的Habibi密切合作，将正确的上下文和可视化整合到显示中。(Habibi合著了《高性能人机界面手册》和《告警管理手册》)他们还组织和简化了屏幕的数量，并将与控制系统、设备和诊断相关的元素从大约600个图形减少到80个图形。

Ivey说，现在，南方公司的操作人员可以通过六个图形完成80%的日常任务，只需点击两下就可以在系统中导航到任何需要去的地方。更重要的是，运营商有权做出更好的决策。

哈比比说:“操作员是一名知识工作者……整天都在消耗大量的信息。”他说，不仅需要赋予他们权力，公司还需要转变文化，认识到操作员在整个组织中发挥的关键作用。“首席执行官很重要，工程师也很重要，但最重要的人是运营商，他们的每分每秒的决策都能决定盈利与亏损、安全运营与事故之间的差异。”

异常情况矩阵

在启动新的HMI计划之前，组织需要一个战略。它首先评估现有环境，并盘点与工厂地面各方面相关的机器、仪器、控制和警报。

每当巴斯夫进行HMI/报警管理升级时，公司都会进行控制室有效性研究，深入到给操作人员的每一个工具。然后，他们通过文档和合理化练习，分析每个流程，以确定是否需要与之相关的警报。Dicharry说，当程序完成时，只有需要操作员亲自操作的流程，比如视觉检查，才会收到警报。

Dicharry考虑了ASM联盟的指导方针，并在合理化过程中与PAS合作，开发出高性能的HMI。在高性能图形中，操作员可以将图像可视化，具有讽刺意味的是，该图像类似于旧的面板——在灰度背景下描绘测量针和红线，以便一目了然地显示操作限制。

数字显示器经常让彩虹的每一种颜色在电脑屏幕上闪烁一堆数字，这让人非常头疼。ABB 800xA DCS全球营销经理Roy Tanner表示:“现在我们看到采用了灰度图形，提供了一个简单的制造工厂视图。“只有在有问题需要解决的时候，你才会看到色彩。”

同样的简化原理适用于通过四个层次结构来合理化警报:第一级过程域概述;二级工艺单元控制;3级工艺设备明细;和4级机组诊断。许多DCS供应商正专注于新的警报分析，以帮助工程师和操作员识别导致警报泛滥的重复、坏或陈旧的警报。

例如，霍尼韦尔过程解决方案公司(Honeywell Process Solutions)已经建立了一个警报跟踪器，可以对警报进行优先级排序和分组，这样，当警报泛滥发生时，就可以通过流跟踪到警报起源的位置。此外，霍尼韦尔的HMI还内置了一个可视化的同义词库，为四级层次结构提供了结构化的方法。威廉姆斯说:“我们开始更仔细地研究如何对事物进行分组，并以人们已经理解的方式进行呈现。”

通过围绕模式、可识别符号和优先级级别构建HMI，也涉及到固有的标准化。大多数组织在工厂中混合使用dcs，目标是将相同的信息传递给操作员，而不管平台是什么。

巴斯夫的迪哈里说:“如果我能让我的可靠性工程师在全球范围内比较不同系统的数据和规格，那就太棒了。”“这是关于全球可见性的，这样我就可以让我最好的资源在全球范围内以相同的格式同时查看相同的数据，这使他们能够排除故障。”

一个标准的方法也会让公司在整合预测分析方面处于更有利的地位。现在，南方公司已经制定了向高性能HMI的升级路径，并将在未来五年内推广到所有工厂，该公司正在积极寻找在事故发生前阻止事故发生的方法。Ivey表示，该公司正在与艾默生过程管理公司合作开发预测控制技术，其中包括在控制系统中嵌入过程模拟器。

艾维说:“你可以告诉操作员你现在的位置，根据预测控制，如果情况保持不变，15分钟后你会在哪里。”

这是未来麻烦的早期迹象。艾默生还将预测类型的技术应用于专业领域，例如振动，这是一个需要熟练的主题专家的领域。但并不是每个操作人员都了解机器振动好坏的区别。然而，爱默生的PeakVue信号通过使用“零原则”和“10秒规则”来概括它。在这个设置中，10表示机器上出现了问题;20表示问题已经严重;40表示问题很严重;等。

艾默生机械健康集团高级产品经理罗伯特•斯基里克(Robert Skeirik)表示:“现在，对振动分析了解很少或根本不了解的操作人员，也可以区分处于良好状态的机器和处于故障状态的机器。”“这在操作和维护之间创造了一种新的范式。”

同样，PAS正在开拓一个被其称为“边界管理”的领域，该领域遵循的原则是，工厂中的每个过程都有边界，包括机械、操作和安全，所有这些都在工厂的原始设计中定义。所有设备之间都是相互依赖的，如果有什么东西不同步，操作员需要对工厂的边界有可见性。PAS与一些重要客户合作开发了一种算法，该算法可以计算出何时越过边界，并与警报管理集成在一起，向正确的人发送通知。

最终，为了避免事故的发生，运营商需要做出正确的决定。哈比比说，操作员对整个过程至关重要。“我们实时监控并向操作员提供他们需要的信息。这是帮助他做出正确的决定，因为他的可靠性和设备的可靠性一样重要。”