Rozwój zaawansowanych interfejsów operatorskich

Rys. 1. Najbardziej znaczące cechy ekranów zaawansowanych interfejsów operatorskich to: optymalizacja kolorów, podkreślenie sygnałów alarmowych, efektywne wykorzystanie wykresów i dobra organizacja przestrzeni. Źródło: Elipse Software

Część 1

Przedstawiając rozwój zaawansowanych interfejsów operatorskich, zaczniemy od omówienia ewolucji HMI (Human Machine Interface), kwestii bezpieczeństwa, poprawy funkcji użytkowych oraz konsekwencji wykorzystania kolorów.

W ostatnich latach projekty interfejsów operatorskich ewoluowały od urządzeń sterowanych poleceniami wpisywanymi z klawiatury do takich, które reagują na ruch gałek ocznych. Ów postęp był wynikiem wielu studiów i badań naukowych z różnych dziedzin wiedzy. Jakie korzyści czerpie z tego przemysł?

Wiele przemysłowych interfejsów operatorskich jest projektowanych pod presją czasu i niewielkiego budżetu, co mocno ogranicza wpływ na ich ostateczną jakość. To powoduje, że rozwiązania biorące pod uwagę skuteczność, efektywność i zadowolenie użytkownika są niezwykle rzadko spotykane.

Opisana dalej metodologia projektowania zaawansowanych interfejsów operatorskich łączy najnowsze osiągnięcia techniczne z obszaru projektowania oraz doświadczenia z branży lotniczej. Najbardziej widoczne cechy tych nowych rozwiązań (rys. 1) to: optymalizacja kolorów, podkreślenie sygnałów alarmowych, minimalizacja grafiki obiektów procesowych, przedstawianie danych w ich kontekście, stosowanie ekranów z podziałem siatkowym oraz efektywne użycie przestrzeni.

Wymienione rozwiązania są dalece ważniejsze od walorów estetycznych grafiki ekranów. Zapobiegają powstawaniu błędów odczytu i działań operatorskich, zwiększają efektywność, ułatwiają szkolenie użytkowników, poprawiają jakość informacji i obniżają koszty produkcji.

Porównanie testów zaawansowanych systemów HMI z tradycyjnymi rozwiązaniami interfejsów operatorskich jest tak wymowne, że wyników tego zestawienia nie da się ignorować. Metodologia ta powinna być wprowadzana stopniowo (przy modernizacji istniejących systemów, zamiast budowy nowych od podstaw), tworząc atrakcyjną alternatywę dla relacji kosztów do efektów.

Bezpieczeństwo przede wszystkim

Interfejs operatorski zapewniający bezpieczne prowadzenie procesu musi cechować się bogactwem właściwości użytkowych. Podczas prac projektowych nad takim urządzeniem najważniejszy powinien być użytkownik, a prowadzone procesy należy brać pod uwagę jako element drugoplanowy. Funkcjonalność interfejsów musi być zadowalająca zarówno w sytuacjach normalnych, jak też kryzysowych, i rozwijana zawsze z myślą o przyszłych operatorach sprzętu.

Norma ISO 9241-11:1998 „Wymagania ergonomiczne dotyczące pracy biurowej z zastosowaniem terminali wyposażonych w monitory ekranowe” definiuje użyteczność jako kombinację efektywności, skuteczności i satysfakcji użytkownika. Ta sama norma określa pomiar użyteczności mierzony łatwością przeszkolenia, zapamiętania oraz małą liczbą błędnych wskazań.

Mnóstwo wypadków spowodowanych jest przez błędy człowieka. Jeśli interfejs operatora zaprojektowano prawidłowo, możliwe staje się uniknięcie wielu tragedii przez zwiększenie poziomu świadomości sytuacyjnej operatorów, co przekłada się na poprawę bezpieczeństwa procesów przemysłowych. „Świadomość sytuacyjna” oznacza pełne zrozumienie tego, co dzieje się w naszym otoczeniu, zestrojenie indywidualnego widzenia z tym, co naprawdę się wydarza. Dążąc do tego stanu, angażujemy postrzeganie, zrozumienie oraz przewidywanie.

Najpierw postrzegamy fakty.

Następnie staramy się je zrozumieć w kontekście, w jakim występują – np. czy sytuacja jest normalna, czy nie, i ewentualnie, jak dalece odbiega od normy.

Następnie musimy przewidzieć konsekwencje zaistniałych zdarzeń, aby zdecydować, jakie działania należy podjąć i jak szybko.

W jaki sposób realizujemy te trzy aspekty przy użyciu interfejsu operatorskiego?

Wyświetlane parametry procesu informują nas o ich wielkościach (postrzeganie). Nie pokazują jednak, czy mieszczą się one w bezpiecznym przedziale, czy też zbliżają się do wartości alarmowych. Nie pokazują ich w kontekście.

Zrozumienie kontekstu sygnałów pomiarowych możliwe jest wtedy, gdy operator wyraźnie ujrzy limity wartości, jakie może przyjmować mierzona wielkość w trakcie normalnej pracy. Może być to wyświetlone na wiele sposobów – jako grafika, wykres radarowy lub słupkowy. Sama prezentacja stosownych limitów nie dostarcza jednak jeszcze informacji o możliwych konsekwencjach ich przekroczenia, nie widać również tendencji zmian w czasie obserwowanego parametru.

Przewidywanie zmian powadzonego procesu może się odbywać na różne sposoby. Sposób intuicyjny to spojrzenie na wykres i oszacowanie zmian interesującego nas parametru w czasie (rys. 2).

Rys. 2. Użycie wykresów i grafiki umożliwia operatorowi ocenę zachowania parametrów procesu w czasie. Źródło: Elipse Software

Poprawa użyteczności

Głównym celem stosowania interfejsów operatorskich w przemyśle jest zarządzanie procesem produkcyjnym. Dotyczy to również skutecznego alarmowania operatora, gdy proces zmierza w złym kierunku. Aby skutecznie zrealizować te funkcje, interfejs musi ostrzec użytkownika przede wszystkim o tych problemach, które są rzeczywiście istotne. Nie może absorbować jego uwagi sprawami drugorzędnymi, zwłaszcza gdy dzieje się coś krytycznego. W realizacji tych celów może pomóc odwołanie się do procesów przetwarzania mimowolnego (preattentive processing). Jak to działa?

Nasz mózg przetwarza i gromadzi informacje wizualne dostarczone przez zmysł wzroku. Naukowcy stworzyli model, który symuluje to działanie, obrazujący pamięć ikoniczną lub inaczej sensoryczną. Na tym etapie przetwarzanie informacji wizualnej jest bardzo szybkie. Mamy z nim do czynienia, gdy postrzegamy coś w mgnieniu oka lub coś nagle przyciągnie naszą uwagę.

Taka informacja przesyłana jest do naszej pamięci krótkookresowej, gdzie może być odrzucona lub skierowana do pamięci długookresowej. Pamięć krótkookresowa pozostaje ograniczona i tymczasowa, przechowując dane przez bardzo krótki czas. Jeżeli więc przeciążymy operatora wielką ilością zbędnych informacji, jego pamięć krótkookresowa zostanie przepełniona i będzie zmuszona odrzucić to, co zostało zgromadzone wcześniej, aby zapamiętać to, co najnowsze. Stracone informacje mogą jednak zawierać istotne szczegóły dotyczące bezpieczeństwa, co z punktu widzenia zasad BHP prowadzonych procesów przemysłowych jest dalece niewskazane.

Właśnie dlatego powinniśmy unikać ekranów, na których wyświetla się wiele szczegółów w rozmaitych kolorach. Zmniejsza to skuteczność funkcji informacyjnej interfejsów i pogarsza ich użyteczność. Jeżeli więc nie musimy znać dokładnej wielkości niektórych parametrów procesu, lepiej przedstawić je w postaci stosownych wykresów (rys. 3).

Korelacje między parametrami procesu lub nawet kluczowe wskaźniki efektywności dobrze pokazuje też wykres radarowy. Linia ciągła określa w nim wartości parametrów procesu w każdym momencie, a przerywana – wartości docelowe, co umożliwia szybką identyfikację wielkości odchyłek wartości rzeczywistych od oczekiwanych.

Rys. 3. Wielkości analogowe zostaną lepiej zrozumiane, gdy przedstawimy je w postaci graficznej. Źródło: Elipse Software

Użycie kolorów

Informacje istotne muszą na ekranie zawsze odróżniać się od drugorzędnych. Aby to osiągnąć, zalecane jest używanie pastelowych kolorów dla tła, unikanie stopniowania barw oraz rezerwowanie mocnych kolorów tylko dla krytycznych i najważniejszych informacji (rys. 4).

Przedstawianie obiektów bardzo realistycznie może stwarzać dwa rodzaje problemów. Pierwszy wiąże się ze stosowaniem wyrazistych barw, drugi – z użyciem zbyt wielu szczegółów dla celów estetycznych. Znacznie lepszym wyborem jest prosty zarys obiektu, bez detali i bogatej kolorystyki, czyli ograniczanie szczegółów i elementów dekoracyjnych, niewnoszących żadnych istotnych informacji procesowych.

Unikanie stopniowania barw dotyczy też tła, którego wygląd jest w stanie zmieniać postrzeganie barw pierwszego planu. Może się np. wydawać, że dwa prostokąty tego samego koloru różnią się barwą w zależności od tła, na którym występują.

Rys. 4. Oznaczając sygnały krytyczne dla procesu, należy używać kolorów, które przyciągną uwagę operatora.

***

W drugiej części artykułu przyjrzymy się takim zagadnieniom związanym z zaawansowanymi interfejsami operatorskimi, jak: dokładność w zależności od kontekstu informacji, dostępność, hierarchia informacji wizualnych, animacja kontra obrazy statyczne oraz monitory 2D w porównaniu z 3D.

Helcker Goetz jest analitykiem i projektantem w firmie Elipse Software.