想象一下分布式控制系統(tǒng)（DCS）遷移項(xiàng)目的形勢(shì)：時(shí)間安排如期進(jìn)行，新的系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)被選定了，并且已有系統(tǒng)集成商加入進(jìn)來協(xié)助該項(xiàng)目的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。所有方面看起來都按部就班；直到用戶的運(yùn)營經(jīng)理在項(xiàng)目進(jìn)度會(huì)議上扔下一枚炸彈。

“我們內(nèi)部已經(jīng)討論了整個(gè)形勢(shì)，” 運(yùn)營經(jīng)理說道， “我們對(duì)這個(gè)系統(tǒng)很感興趣，不過我們有一個(gè)主要的顧慮。正如我們都同意的，我們要避免對(duì)生產(chǎn)造成任何損失，因此需要做一個(gè)熱切換。不過我們上級(jí)的管理層擔(dān)心操作人員。根據(jù)與我們的人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的討論來看，我們不愿意因?yàn)樾孪到y(tǒng)啟用而開展大規(guī)模的培訓(xùn)計(jì)劃。我們希望保留并重復(fù)使用現(xiàn)有系統(tǒng)的HMI屏幕和畫面，因此所有的操作人員都會(huì)從一開始就了解系統(tǒng)是如何工作的。這樣會(huì)減少所需要的培訓(xùn)，并避免了操作人員支持項(xiàng)目所產(chǎn)生的問題?！?/p>

DCS供應(yīng)商的代表和集成商的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人互相交換了眼色。集成商說：“我明白你們想要做什么，不過我不認(rèn)為你的建議是可行的，甚至最終結(jié)果不會(huì)令人滿意?！?/p>

不能只看眼前的得失，集成商接著說：“設(shè)想一下，許多你的HMI屏幕的最初安裝時(shí)間要追溯到20多年以前。當(dāng)然，有一些也更新過了，不過那些是微小的改動(dòng)，而且僅僅是為了滿足設(shè)備配置的變更，并不是為了新的控制策略。雖然它們?cè)诂F(xiàn)有的系統(tǒng)中還能正常工作，但實(shí)際上它們并不是很好。要想將它們與新的平臺(tái)整合在一起，需要大量的定制代碼編制工作，但是卻沒人在預(yù)算中考慮這部分?！?/p>

沒有人反駁他的發(fā)言，集成商接著更多地闡述他的觀點(diǎn)， “這種想法也是很短視的” 。運(yùn)營經(jīng)理對(duì)此嗤之以鼻，可是集成商并不擔(dān)心：“你希望現(xiàn)在不進(jìn)行培訓(xùn)，那會(huì)將你置于不能實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)所能帶來的許多益處的境地。這樣的決定現(xiàn)在就會(huì)產(chǎn)生更多成本，并且在未來的多年時(shí)間里繼續(xù)困擾你。如果你現(xiàn)在不克服困難進(jìn)行培訓(xùn)，你會(huì)為此后悔。也許不在今天，也許不在明天，不過會(huì)很快，并且貫穿系統(tǒng)的整個(gè)生命周期。”

“操作人員需要經(jīng)過培訓(xùn)，他們需要時(shí)間去了解如何讓升級(jí)后的工廠順暢的運(yùn)行。”

用正確的方式去升級(jí)

這件事情的雙方都有著合理的觀點(diǎn)。一套DCS的遷移需要考慮周全，并且可能因?yàn)閳?zhí)行不好產(chǎn)生各種各樣的問題，特別是在要引入新的平臺(tái)的情況下。培訓(xùn)就是一個(gè)重大的問題，需要仔細(xì)應(yīng)對(duì)。如果操作人員不知道如何進(jìn)行正常運(yùn)行維護(hù)，更不用說設(shè)備單元啟動(dòng)、修正工藝故障或其他異常狀況，那就會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難。集成商負(fù)責(zé)人闡述了同樣重要的觀點(diǎn)，經(jīng)歷完整的遷移或重大升級(jí)所帶來的痛苦和煩惱而拒絕擁抱所有的好處是令人遺憾的。

想象一下一家公司已經(jīng)有30年沒有升級(jí)其辦公室設(shè)備了。所有的人員還都使用基于DOS的WordPerfect 4.0 的IBM PC XT以及字輪式打印機(jī)，選用的原因是它們看起來像打字機(jī)打出來的文字。沒有電子郵件，沒有互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)升級(jí)最終來到的時(shí)候，用戶會(huì)堅(jiān)持將今天的微軟Word軟件及其所有的圖形功能改造成與老的系統(tǒng)看起來相似嗎？

新的控制平臺(tái)在其與操作人員互動(dòng)的性能方面帶來很多提升，最起碼他們可以與之互動(dòng)。提升本身不是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，不過實(shí)現(xiàn)這些提升的方式是自動(dòng)化的。

更人性化的HMI界面

操作人員在控制室內(nèi)看的屏幕是他們與工藝過程連接的窗口。他們很少走出控制室，到機(jī)組中去看設(shè)備，也沒有其他方式了解在那些管道和容器里發(fā)生了什么?；氐?0或30年前，HMI設(shè)計(jì)者認(rèn)為操作人員的屏幕應(yīng)該看起來像工藝流程圖（P&ID）因?yàn)槟蔷褪侨藗儤?gòu)想流程的方式。在關(guān)鍵點(diǎn)處插入文字框顯示特定的過程變量值，設(shè)計(jì)就是這樣。

一些聰明的人會(huì)意識(shí)到人為錯(cuò)誤和安全事故之間的聯(lián)系，并質(zhì)疑那個(gè)方式是否真的有效。他們開始針對(duì)操作人員應(yīng)該了解如何控制流程提出各種問題。伴隨著異常狀態(tài)管理（ASM）和操作性能中心這些組織識(shí)別出什么才是保持工藝單元平穩(wěn)運(yùn)行所需的措施，態(tài)勢(shì)感知的概念出現(xiàn)了。隨著對(duì)操作員工作需求的更深入的了解，操作員界面的外觀和功能設(shè)計(jì)也發(fā)生了改變，。

讓DCS的升級(jí)順利實(shí)施

承接下這樣一個(gè)項(xiàng)目需要在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行很多分析工作。查閱由專業(yè)機(jī)構(gòu)提供的建議是一個(gè)好的開端。操作人員和創(chuàng)建新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員需要逐個(gè)考慮現(xiàn)有的每個(gè)HMI屏幕，并仔細(xì)分析哪些還有用，哪些沒有用。是否所有的信息對(duì)于在同一個(gè)地方的執(zhí)行功能都是必要的？兩個(gè)互相影響的變量是否可以同時(shí)顯示在一個(gè)屏幕上？在系統(tǒng)啟動(dòng)或級(jí)別變更程序中，操作員需要花多少時(shí)間在不同的畫面之間來回切換？如果這些問題都考慮到了，事情就開始講得通了。

可是問題是，什么都需要時(shí)間。這類分析工作需要完成，它需要整合到新的系統(tǒng)中來，而且操作人員需要經(jīng)過培訓(xùn)，他們需要時(shí)間了解如何讓升級(jí)后的工廠順暢的運(yùn)行。

缺少培訓(xùn)的DCS遷移

對(duì)于那些不愿意因?yàn)檫w移新DCS系統(tǒng)而開展大規(guī)模的培訓(xùn)計(jì)劃的企業(yè)管理人員來說，一個(gè)具有大量記錄文檔的過程安全事故有助于他們了解事情的嚴(yán)重性。因?yàn)檫@個(gè)事故涉及了包括DCS和HMI的控制系統(tǒng)遷移，可是卻缺少足夠的操作人員培訓(xùn)。2008年8月28日該事故發(fā)生在美國西弗吉尼亞學(xué)院的拜耳作物科學(xué)工廠里，當(dāng)時(shí)該工廠的滅多威殺蟲劑生產(chǎn)單元內(nèi)發(fā)生的化學(xué)品泄漏反應(yīng)引起了裝有特定可燃溶劑的4500加侖的壓力容器爆炸。

事故造成兩人死亡，由于爆炸和隨后引發(fā)的燃燒了超過4個(gè)小時(shí)的火災(zāi)，工廠受損嚴(yán)重。美國化學(xué)品安全理事會(huì)（CSB）對(duì)這個(gè)事故進(jìn)行了調(diào)查，2011年1月所發(fā)布的調(diào)查報(bào)告的信息被本文所引述。報(bào)告的編寫很吸引讀者而且在許多方面都讓人覺得不安。其結(jié)論列出了五個(gè)引起爆炸的原因，其中的三項(xiàng)指向了工廠剛剛執(zhí)行過的控制系統(tǒng)遷移項(xiàng)目，尤其以第二項(xiàng)擊中要害：“在新的分布式控制系統(tǒng)（DCS）下，操作人員沒有接受充分的操作滅多威生產(chǎn)機(jī)組的培訓(xùn)?！?/p>

其他的關(guān)鍵因素包括：1）該工廠生產(chǎn)的殺蟲劑被季節(jié)性的使用在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，所以該公司一年只生產(chǎn)一次。該生產(chǎn)單元的閑置時(shí)間被用來進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，在這種情況下進(jìn)行了控制系統(tǒng)升級(jí)。2）工廠里的兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的分別生產(chǎn)拉維因和滅多威的生產(chǎn)單元相鄰布置，而且盡管兩個(gè)單元獨(dú)立操作，它們還是共享一個(gè)控制室。3）拉維因生產(chǎn)單元在一年之前也經(jīng)歷了類似的DCS遷移。那次轉(zhuǎn)換一直工作正常，工廠里的每個(gè)人都對(duì)其實(shí)施過程表示滿意。4）安裝拉維因系統(tǒng)的集成商創(chuàng)建了一套全面的操作人員培訓(xùn)計(jì)劃，包括花時(shí)間使用流程模擬器。在單元重新啟動(dòng)之前，文檔記錄是完備的，而且操作人員充滿信心并且準(zhǔn)備充分地切換到新的系統(tǒng)上。

在滅多威單元準(zhǔn)備重啟的時(shí)候沒有具備上述的條件。CSB的報(bào)告中詳細(xì)的說明了問題所在：“管理層的結(jié)論是在滅多威工藝上采用全面的正規(guī)的培訓(xùn)和操練不是必要的，他們錯(cuò)誤地認(rèn)為滅多威和肟板操作人員因?yàn)橐呀?jīng)花費(fèi)了很多時(shí)間使用拉維因單元的DCS而變得熟練。滅多威和肟板操作人員對(duì)于一些特定的流程接受了極少的培訓(xùn)，并且是自己安排和掌握節(jié)奏。對(duì)于必要技能的不正規(guī)的、在職培訓(xùn)可能會(huì)導(dǎo)致不正確的做法，尤其是在缺少恰當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)工具和指導(dǎo)的情況下。” CSB的結(jié)論是培訓(xùn)不夠。

報(bào)告指出升級(jí)過程遵循了正規(guī)的流程。操作人員參與了針對(duì)舊的HMI畫面的分析以及新畫面的設(shè)計(jì)，但與他們的假定相反的是，這個(gè)過程中投入的必要的專業(yè)水準(zhǔn)并不夠。沒有足夠的培訓(xùn)，其結(jié)果可以是災(zāi)難性的。

“不要總是用挑剔的眼光看待重大的系統(tǒng)升級(jí)，而對(duì)帶來的好處視而不見?！?/p>

為什么需要高性能的HMI？

許多公司都尋求將基于異常狀態(tài)管理（ASM）的和其他高性能的人機(jī)界面（HMI）作為主要控制系統(tǒng)升級(jí)的一部分。這種做法最初出現(xiàn)在煉油和石化應(yīng)用領(lǐng)域，后來推廣到其他垂直領(lǐng)域。

許多面對(duì)這種狀況的公司將這些項(xiàng)目稱之為“ASM 畫面”，不過這在很大程度上混淆了觀點(diǎn)。ASM的指導(dǎo)方針影響的是操作員畫面圖形的外觀，不過最重要的改進(jìn)是優(yōu)化操作員們對(duì)態(tài)勢(shì)感知相關(guān)聯(lián)的大量可視化分析，包括對(duì)工藝流程的不同要素的優(yōu)先級(jí)排序。其目標(biāo)是將操作員需要看的內(nèi)容做到最顯眼。在有問題的情況下，需要注意的事項(xiàng)會(huì)彈出來，因此下一步需要做什么才不會(huì)是問題。

要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)需要大量的工作，不過那些分析并擁護(hù)ASM概念的人們認(rèn)為這些努力是值得的。實(shí)現(xiàn)這些所需要涉及的分析工作主要包括兩個(gè)方面：

第一，每一個(gè)操作原畫面都需要有一個(gè)目的，即一個(gè)目標(biāo)。操作員在看著屏幕的時(shí)候需要了解什么內(nèi)容？以及以何種方式顯示最好？了解操作人員是如何感知關(guān)鍵狀況的。

第二，需要有一套徹底的報(bào)警分析。這看起來可能違反直覺，不過知道什么情況需要有報(bào)警在很大程度上就明白了操作員需要了解什么。任何發(fā)出報(bào)警的項(xiàng)目都應(yīng)該是重要的，并且需要操作員的關(guān)注。

有了這兩方面的共同作用，要確定如何與屏幕進(jìn)行互動(dòng)就是很簡單的一步了。許多流程上的因素也會(huì)從工藝過程中顯現(xiàn)出來，這有助于確定在不同的環(huán)境下，操作人員應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)。

在實(shí)際情況下，了解這類項(xiàng)目的最大的限制條件是資源缺乏。利益相關(guān)方可能對(duì)最需要完成的事情有清晰的視角，不過可用的時(shí)間和資金方面總是受限的。永遠(yuǎn)不可能詳細(xì)到每一個(gè)想要的畫面、每一步邏輯或每一個(gè)報(bào)警，不過這都不應(yīng)該推遲需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。即使從一開始，每件事情都不是最理想的，如果優(yōu)先級(jí)別設(shè)定合理，仍然可以實(shí)現(xiàn)巨大的改進(jìn)。人為錯(cuò)誤的多少是導(dǎo)致麻煩的最大因素。

許多年前在過程工廠里面工作的操作人員依然記得，在距離設(shè)備很近的地方控制一套工藝流程的工作情況。當(dāng)操作人員點(diǎn)擊按鈕啟動(dòng)一臺(tái)泵的時(shí)候，他們的感覺很清晰和直觀，因?yàn)樗麄兟牭焦艿览锏囊后w流動(dòng)的過程中發(fā)出的聲音。如果操作人員在一個(gè)控制室內(nèi)，對(duì)工藝過程的感知只能通過控制系統(tǒng)及其HMI，那么優(yōu)化這些組件就顯得非常重要。（作者：Peter Welander）
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