想象一下分布式控制系統(tǒng)（DCS）遷移項目的形勢：時間安排如期進(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)理在項目進(jìn)度會議上扔下一枚炸彈。

“我們內(nèi)部已經(jīng)討論了整個形勢，” 運(yùn)營經(jīng)理說道， “我們對這個系統(tǒng)很感興趣，不過我們有一個主要的顧慮。正如我們都同意的，我們要避免對生產(chǎn)造成任何損失，因此需要做一個熱切換。不過我們上級的管理層擔(dān)心操作人員。根據(jù)與我們的人機(jī)界面（HMI）設(shè)計團(tuán)隊的討論來看，我們不愿意因為新系統(tǒng)啟用而開展大規(guī)模的培訓(xùn)計劃。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從一開始就了解系統(tǒng)是如何工作的。這樣會減少所需要的培訓(xùn)，并避免了操作人員支持項目所產(chǎn)生的問題?！?/p>

DCS供應(yīng)商的代表和集成商的項目負(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)果不會令人滿意。”

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，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。雖然它們在現(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。”

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)在就會產(chǎn)生更多成本，并且在未來的多年時間里繼續(xù)困擾你。如果你現(xiàn)在不克服困難進(jìn)行培訓(xùn)，你會為此后悔。也許不在今天，也許不在明天，不過會很快，并且貫穿系統(tǒng)的整個生命周期?！?/p>

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

用正確的方式去升級

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，并且可能因為執(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的情況下。培訓(xùn)就是一個重大的問題，需要仔細(xì)應(yīng)對。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、修正工藝故障或其他異常狀況，那就會產(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)升級最終來到的時候，用戶會堅持將今天的微軟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？

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

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。回到20或30年前，HMI設(shè)計者認(rèn)為操作人員的屏幕應(yīng)該看起來像工藝流程圖（P&ID）因為那就是人們構(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)計就是這樣。

一些聰明的人會意識到人為錯誤和安全事故之間的聯(lián)系，并質(zhì)疑那個方式是否真的有效。他們開始針對操作人員應(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)勢感知的概念出現(xiàn)了。隨著對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)計也發(fā)生了改變，。

讓DCS的升級順利實(shí)施

承接下這樣一個項目需要在設(shè)計階段進(jìn)行很多分析工作。查閱由專業(yè)機(jī)構(gòu)提供的建議是一個好的開端。操作人員和創(chuàng)建新系統(tǒng)的設(shè)計人員需要逐個考慮現(xiàn)有的每個HMI屏幕，并仔細(xì)分析哪些還有用，哪些沒有用。是否所有的信息對于在同一個地方的執(zhí)行功能都是必要的？兩個互相影響的變量是否可以同時顯示在一個屏幕上？在系統(tǒng)啟動或級別變更程序中，操作員需要花多少時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)，他們需要時間了解如何讓升級后的工廠順暢的運(yùn)行。

缺少培訓(xùn)的DCS遷移

對于那些不愿意因為遷移新DCS系統(tǒng)而開展大規(guī)模的培訓(xùn)計劃的企業(yè)管理人員來說，一個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。因為這個事故涉及了包括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個小時的火災(zāi)，工廠受損嚴(yán)重。美國化學(xué)品安全理事會（CSB）對這個事故進(jìn)行了調(diào)查，2011年1月所發(fā)布的調(diào)查報告的信息被本文所引述。報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)論列出了五個引起爆炸的原因，其中的三項指向了工廠剛剛執(zhí)行過的控制系統(tǒng)遷移項目，尤其以第二項擊中要害：“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。2）工廠里的兩個相關(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，而且盡管兩個單元獨(dú)立操作，它們還是共享一個控制室。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，工廠里的每個人都對其實(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)計劃，包括花時間使用流程模擬器。在單元重新啟動之前，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)備重啟的時候沒有具備上述的條件。CSB的報告中詳細(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，他們錯誤地認(rèn)為滅多威和肟板操作人員因為已經(jīng)花費(fèi)了很多時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。對于必要技能的不正規(guī)的、在職培訓(xùn)可能會導(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。

報告指出升級過程遵循了正規(guī)的流程。操作人員參與了針對舊的HMI畫面的分析以及新畫面的設(shè)計，但與他們的假定相反的是，這個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，而對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。

許多面對這種狀況的公司將這些項目稱之為“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)化操作員們對態(tài)勢感知相關(guān)聯(lián)的大量可視化分析，包括對工藝流程的不同要素的優(yōu)先級排序。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，需要注意的事項會彈出來，因此下一步需要做什么才不會是問題。

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方面：

第一，每一個操作原畫面都需要有一個目的，即一個目標(biāo)。操作員在看著屏幕的時候需要了解什么內(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)出報警的項目都應(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)行互動就是很簡單的一步了。許多流程上的因素也會從工藝過程中顯現(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。

在實(shí)際情況下，了解這類項目的最大的限制條件是資源缺乏。利益相關(guān)方可能對最需要完成的事情有清晰的視角，不過可用的時間和資金方面總是受限的。永遠(yuǎn)不可能詳細(xì)到每一個想要的畫面、每一步邏輯或每一個報警，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)先級別設(shè)定合理，仍然可以實(shí)現(xiàn)巨大的改進(jìn)。人為錯誤的多少是導(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)擊按鈕啟動一臺泵的時候，他們的感覺很清晰和直觀，因為他們聽到管道里的液體流動的過程中發(fā)出的聲音。如果操作人員在一個控制室內(nèi)，對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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