过程控制因需而变,面向年轻一代的HMI设计

发布时间：2015-02-05 作者：www.cechina.cn

　　大批经验丰富的工厂操作人员将在未来几年中退休，对于过程自动化行业来说目前至关重要的就是吸引新一代的年轻雇员，那些在他们的个人生活和职业生涯设定中已习惯使用高科技的人。新一代的操作人员将会对自动化系统有着不同的见解，他们会利用技术去探索优化与其他时代不同的机会。
　　本文将探讨HMI（人机界面）设计的质量如何影响操作人员、产能、效率和整个工厂的盈利情况。随着控制室人员的更新换代，制造商可以借此机会利用新生代工人（1980年以后出生）独特的技术和天资，在过程操作上提升绩效。
　　新老交替的困境
　　在工厂生命周期的试车、运营和扩建阶段，操作员的工作非常重要。操作员需要密切监控过程性能和安全的指示，得到有价值的见解。然而，全球许多工业公司都发现自家大部分有经验的操作员都会在2020年以前退休。
　　几乎与损失人力资产同样严重的是企业记忆的丧失——即那些深谙工厂、了解工厂流程和设备喜怒哀乐的操作人员的流失。公司除非能够采取措施进行弥补，否则将面临失去大量专业知识和技能的风险。
　　工厂控制现在的状况一般都是让操作员端坐在控制室里，12个小时一班，然后他们需要做出可能会影响公司生产和员工安全的决策。操作员要处理大量的数据集和收集到的那些不太明确的信息。HMI并非像想象的那样设计简单、瞬间识别、容易理解，实际上它们经常会用模糊而难以理解的方式呈现关键信息。
　　未来几年，工厂操作员的角色将越来越像飞机驾驶员。他们将获得各种各样的数据、信息和知识，而更多的工作将是“在飞行中”做出重要的决策，而不只是简单的信息收集工作。操作员将会大量借助计算机和通讯系统。
　　80'后操作员的新时代
　　研究显示，对于新一代的工程师来说，相比他们更具经验的老同事，他们更倾向现代计算机技术带来的舒适。他们同样更适应iPhone和iPad的触摸屏界面，特别是更熟悉各种无线设备。
　　在某种程度上，可以通过操作人员的出生年代来区分不同时代的控制室操作员。老一代一般都不太信任操作员面板上的复杂图形，而80’后操作员则不太相信不借助图形也能够查看工厂的状况。
　　很显然工业公司必须为工厂操作人员不断变化的情况做好准备。年轻操作员获取信息的方式与老操作员不太一样。他们喜欢快速回应，采用新的方式消化信息，一步到位。
　　让我们看一看新一代操作员的习惯和生活方式，他们的生活大多以社交媒体和视频游戏为主。随着50年代操作员即将退休，我们将要进入游戏“玩家”的时代。
　　如果我们能够认识并且考虑到新一代操作员的这些技能，就可以最大化地进行利用。优秀的公司将会为年轻员工创建一个他们既擅长又能够享受其中的环境，这样既能保证更高的生产力水平，又能将知识传承下去。

霍尼韦尔在最近的产品开发当中，使用了一套50英寸4K超高清显示器，提供超高质量的图像细节和清晰度。传统的键盘和鼠标被触摸屏所取代。图片来源：霍尼韦尔过程解决方案公司

　　重塑控制室
　　如今控制室HMI的转换功能，与当年从仪表盘向带有可视技术的监控计算机量级转化类似。现代化操作员控制台需要更少的过程操作和记录，并且能够为更多的商业决策提供工具。
　　工厂技术之间的壁垒正在被打破，自动化行业正在重新思考HMI可以提供的功能。这意味着HMI不仅仅只关注可视化这样的传统功能，还要考虑数据转换以及机器和人员之间的真实关系。
　　从许多方面来看，控制室的调整不仅限于控制室内部。我们可以通过技术来说明，就像使用无线网络的移动设备，它们可将控制室扩展到现场。
　　改进用户友好界面、扩展功能、提高成本效益、实现与自动化和安全系统的最优集成，是HMI开发商的主要目标。这些解决方案不仅要提供可视化信息，还需要让这些可视信息更易于操作。先进的可视化工具可以增强缺乏经验的工程师和操作员的工作信心。同样，年轻员工都乐于接受新技术。
　　HMI正在逐步丰富媒体功能，比如照片、PDF文件和实时视频。用显示照片取代简单的图形符号，会让操作员感觉更加清晰明了。而实时视频的功能将会告诉人们设备哪里出现了故障，从而提高生产力水平。以太网功能的视频摄像机现在在流程和生产线上安装的越来越多，它们可以在一些关键性任务中发挥作用，比如在工作进度可视化和产品追踪上，当然还包括更多的传统机器视觉的功能。
　　另外一个HMI发展的领域就是提升展示能力。操作员需要的是能够一眼看到那些操作限制、警报和操作区域的可视指示，这不仅包括当下的信息还包括未来的信息。他们必须在一组限制中找到最有利的区域进行过程操作。操作员将同样受益于缩放之类的功能，它可以帮助他们更好的查看工厂流程，只需让平板电脑与机器连接就可以完成。这些设备都拥有远程控制的功能，让用户几乎可以在任何地点远程操作预览各种类型的图片。
　　此外，控制室的新型协作式解决方案，还包括通过社交媒体与新生代操作员互动，系统通过多点分配的查看功能，让操作员对常规和紧急情况的响应更加迅速。这样工厂就可以在中心操作、现场操作和不同地点操作的人员之间迅速建立起通讯网络。
　　提升HMI技术
　　全球的自动化供应商都需要为工厂运行准备技术娴熟的工程师和操作员。我们的目标是将聪明的年轻人吸引到技术工人短缺的制造业当中。工厂需要具有良好教育的劳动力，能够敏捷地思考，同他人协作，了解数学、工程学和计算机。
　　很多情况都迫使自动化行业采用开放式系统以适应如今新一代的接班人。现在很难想象一个计算机专业的毕业生如何面对老旧的70年代部署的DCS系统。年轻的工人更喜欢使用微软的操作系统以及各种应用，因为这深深地扎根于他们的童年和受教育的时代。目测多元化的互动对他们来说稀松平常。
　　自动化供应商的挑战是让自己的控制系统技术永不过时，而不是为已完善和被广为接受的产品沾沾自喜。他们必须不断改进解决方案，保证时刻提供最先进的系统。
　　举例来说，研究人员已经研究了全世界范围内控制室操作员的人为因素，他们观察操作员的行为，并在过程启动期间、设备处于异常模式运行期间、工厂进行大修的时候以及有多个操作员使用操作站的时候收集信息。这些“消费者的心声”，对于操作员控制台的设计具有重要的推进作用。

“在智能手机、平板电脑以及类似设备中可以找到的自然用户界面，现在也正在用于过程控制系统，操作员可以在系统的HMI屏幕上直接对工厂进行控制，而不需要借助鼠标和键盘。”

　　人机界面解决方案的大量工作，都集中在改进人体工程学设计，更好的显示功能，简化控制系统的管理，减轻操作员疲劳以及提高操作员的态势感知能力。年轻的操作员很难在计算机屏幕前坐上几个小时，他们更喜欢可移动无线设备的移动性能，这些设备可以提供与机载屏幕一样的HMI数据。
　　与此同时，在智能手机、平板电脑以及类似设备中可以找到的自然用户界面，现在也正在用于过程控制系统，操作员可以在系统的HMI屏幕上直接对工厂进行控制，而不需要借助鼠标和键盘。这一类的技术在游戏系统中十分流行。该技术允许控制室人员使用手势进行更加有效的控制。他们可以对变化的情况做出快速而精确的反应，避免工厂事故和紧急状况的发生。
　　现代化控制台也可以使用大尺寸、高解析度的显示屏，来提供一目了然的过程运作状态，方便更好、更灵活的进行管理。这种灵活性可以允许操作员针对具体的过程问题定制显示屏。此外，先进的报警管理和缩放功能现在也已经糅合进了HMI，限制和目标都已经直接集成到概述中显示。这些功能使过程操作更加优化，从而扩大操作员对工厂设施的职责范围。
　　尽管P&ID图的图形化显示已经在过程行业HMI中普遍使用，但是工厂还是会发现边界操作是一种更好的方法。操作台用简单的彩色编码灯条来指示过程边界，比强迫操作员记住边界设定要更胜一筹，并避免操作员因各种复杂的异常状况而分心。。
　　最终，HMI技术中一些最为重要的进步是让操作员可以从椅子上站起来，在控制室中随意走动。如果再搭配无线移动技术，操作员就可以在工厂其他的区域通过手持设备看到相同的显示信息了。
　　过程工厂中操作员的职责一直都在增大，但是他们还是必须继续使用同样过时的控制室控制台和显示器很多年。经验丰富、拥有大量过程操作知识的老员工的退休，以及新一代的控制室员工更习惯于高科技，这些都会使情况变得更加复杂。
　　任何HMI改进工作的目标，都应该是将过程操作员提升到企业运营的高度，用更好的方式给他们更好的信息，这样他们才能够提高态势感知能力，做出更明智的决策，帮助企业实现运营效益最大化的长期目标。