При выполнении на кафедре «Автоматизации технологических процессов и производств» Высшей школы технологии и энергетики Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД) выпускной квалификационной работы студенту-заочнику были поставлены задачи по оценке качества ИМ системы диспетчеризации ГРС. С этой целью им был проведен анализ качества интерфейса АСУ ГРС мегаполиса, его состав, последовательность подачи информации, рассмотрена структура деятельности диспетчеров в процессе выполнения ими функциональных обязанностей по поддержанию параметров газа в газораспределительной сети в заданных пределах, управлению технологическими процессами в ГРП, действиям персонала по нештатным ситуациям. При этом ГРП рассматривались как системообразующие элементы ГРС.
Перед проведением эргономической оценки качества ИМ АСУ ГРС были проанализированы предлагаемые способы решения подобных задач в литературе. В статье [8] изложен ряд положений, которые были применены при анализе существовавших ИМ и последующем синтезе новых ИМ интерфейса.
Традиционными методами анализа, используемыми при создании ИМ, являются метод анализа предметной области (Work Domain Analysis, WDA) и метод иерархического анализа задач (Hierarchical Task Analysis, HTA). Метод WDA нацелен на исследование технологического объекта вне контекста управления этим объектом. Задача метода состоит в функциональной декомпозиции объекта и его описании путем построения иерархической структуры системы с указанием применяемого оборудования в виде структурной схемы взаимодействия оборудования.
Метод HTA, наоборот, рассматривает объект как черный ящик и концентрируется на действиях оператора по контролю и управлению. Задача метода состоит в иерархической декомпозиции деятельности оператора до уровня простых операций с последующим анализом процесса исполнения этих операций с разных точек зрения: когнитивной сложности, качества интерфейса, дефицита времени и др.
Для решения задач исследования в полной мере подошел обобщенный структурный метод [1], в который входят основные положения обоих методов (НТА и WDA) и с помощью которого, используя принципы системного подхода, можно построить необходимые для анализа структуры деятельности операторов. Одной из них является функционально-информационная схема, отражающая взаимодействие человека с ИМ АСУ ГРС, отображающими работу диспетчера при работе с технологическим оборудованием в процессе функционирования систем ГРП.
В процессе проведения эргономической оценки качества существующего интерфейса АСУ ГС был выявлен ряд замечаний, связанных с отступлением от выполнения эргономических требований [9,10], что привело к ухудшению эргономических характеристик программного продукта. Одной из основных причин низкого качества интерфейса является, по мнению авторов, отсутствие технического задания на разработку ИМ АСУ ГРС, в которое должны быть включены и эргономические требования по разработке ИМ, а также нарушение последовательности выполнения этапов разработки и внедрения системы диспетчеризации АСУ ГС. В соответствии с [11] разработка программного продукта должна происходить на завершающем этапе создания системы с выполнением всех необходимых эргономических требований по созданию ИМ интерфейса. В реальной жизни проблема создания системы автоматизации ГРП ГРС мегаполиса возникла тогда, когда было построено и введено в эксплуатацию большое количество объектов ГРП. Только после этого были начаты разработки программного обеспечения и ИМ интерфейса АСУ ГРП. До этого момента контроль и управление ГРП производилось в основном вручную или локальными системами контроля и управления отдельных районов. В настоящее время по мере ввода новых объектов ГРП в эксплуатацию производится их подключение к уже существующей системе диспетчери-зации.
Для целей исследования были взяты 3 группы диспетчеров диспетчерского пункта управления ГРС со старшими диспетчерами смен. Опыт работы диспетчеров в группах колеблется от 3 до 8 лет. В обязанности диспетчеров входят осуществление контроля за работой оборудования систем ГРП. Каждый из диспетчеров имеет свой персональный компьютер с отображаемыми на нем ИМ, отражающих функционирование ГРП ГРС. Старший диспетчер осуществляет общее руководство сменой. В обязанности старшего диспетчера входит контроль за работой диспетчеров, окончательное принятие решения по устранению отказов оборудования по выявленным неисправностям в ГРП, организация подготовки необходимых заказ-нарядов для аварийных бригад и руководство ими до устранения появившейся неисправности в работе оборудования.
Для проведения хронометража проверяемых АД использовался электронный секундомер. Проверка времени выполнения операций от момента появления сигнала нештатной ситуации до момента выезда аварийной партии для ее устранения проводилась на реальных объектах ГРП. Кроме того, проводилось изучение регламентирующих документов и инструкций по работе диспетчеров, журналов руководителей дежурных смен (старших диспетчеров) и архивных данных «Текущих тревог» (рис. 4) с целью сопоставления полученных данных хронометража с аналогичными ситуациями, произошедшими ранее.
Анализ программного обеспечения, выполненного разработчиками в системе SCADA ICONIKS для АСУ ГРС, позволил выявить ряд существенных недоработок. При разработке ИМ были реализованы следующие виды интерфейсов, представленных на рис.1-4.
На рис. 1 изображен исходная ИМ интерфейса АСУ («Главный экран») с выведенной на него информацией о количестве существующих производственно-эксплуа-тационных участков (ПЭУ), на которые замыкаются ГРП районов мегаполиса. По своей сути данная ИМ больше не несет никакой важной информации и редко используется диспетчерами в процессе своей работы.
На рис. 2 представлена схема типового ГРП с минимальным набором регулирующей арматуры и датчиков давления. Изображенная на ИМ схема не имеет привязки к конкретному ГРП и не позволяет идентифицировать установленное в каждом конкретном ГРП оборудование с целью принятия решения по анализу его состояния при появлении нештатной ситуации. По своему назначению данная ИМ так же не несет особой смысловой нагрузки для действий диспетчеров.
На рис. 3 представлен список ГРП, относящихся к конкретному ПЭУ ГРС. Но анализ этой ИМ не дает диспетчеру информации о том, на каком конкретно ГРП возникла неисправность (нештатная ситуация). При появлении сигнала «Нештатная ситуация» диспетчер вынужден искать неисправный ГРП путем перелистывания всех вкладок на экране компьютера до тех пор, пока не обнаружит тот ГРП, в котором возникла нештатная ситуация. Затем, в следствии того, что выбранная ИМ не позволяет дать ему полную информацию о составе оборудования конкретного ГРП, диспетчер должен брать альбом со схемами ГРП и уже из этих схем получать информацию о составе технологического оборудования пункта, количестве и составе контрольно-измерительных приборов.
На рис. 4 представлена ИМ «Экран текущих тревог», на котором диспетчер может отследить появление нештатной ситуации, время ее появления и частично причину ее появления.
Анализ приведенной на рис.1-4 информации показывает, что при появлении нештатной ситуации представленные ИМ не позволяют диспетчеру быстро оценить обстановку, состояние оборудования ГРП, причины появления нештатной ситуации, что приводит к увеличению времени принятия решения, несвоевременному вызову аварийной бригады предприятия и устранению нештатной ситуации. Как было отмечено ранее, данные ИМ интерфейса были разработаны программистами без учета эргономических требований и без изучения деятельности диспетчеров.
В процессе проведения исследования были изучены эргономических требований к ИМ, изложенных в руководящих документах [9,10]. Эргономическая оценка имевшихся ИМ позволила выявить ряд замечаний, которые являются критичными для данного вида деятельности диспетчеров АСУ ГРС, а именно:
1. Компьютерная программа, используемая диспетчерами, недостаточно продумана, вследствие чего диспетчеру требуется затрачивать дополнительное время на поиск нужного ГРП и использовать дополнительную техническую документацию для оценки состояния его систем и принятия решения.
2. Компьютерная программа имеет многооконный интерфейс, что приводит при поиске информации прибегать к выводу на экран монитора дополнительных экранов. Это приводит к уменьшению скорость обработки информации самого компьютера. Так, при поиске неисправного ГРП диспетчеру приходится перелистывать экраны с перечнем ГРП (до 10 страниц), что приводит к загрузке каждый раз нового экрана (рис.3). При этом затрачиваются дополнительные ресурсы компьютера на открытие страниц, что приводит к замедлению работы интерфейса.
3. Разработка ИМ интерфейса осуществлялась разработчиками компьютерной программы, имеющими неполное и нечеткое представление о деятельности диспетчеров и особенностях работы обслуживаемого диспетчерами оборудования. Поэтому ИМ интерфейса отражало структуру деятельности диспетчеров с позиции мышления разработчиков программы, что и привело к снижению качества программного продукта.
4. Взаимное размещение объектов (пиктограмм) на экране зачастую не совпадает с их логической взаимосвязанностью и/или важностью. Так, на рис. 3 указаны номера ГРП № 4,6,7,14 и т.д, что отражает их принадлежность к конкретному ПЭУ, но не к месту их расположения в районах мегаполиса. Это приводит к тому, что диспетчеру требуется иметь под рукой списки ГРП с привязкой их месторасположения по районам города и к соответствующим ПЭУ.
5. Отсутствовала возможность автоматизированной подготовки необходимой документации (в частности, формирование заказа-наряда для выезда на аварийный ГРП) для выдачи его главным диспетчером старшему аварийной бригады, направляемой на устранение нештатной ситуации в аварийном ГРП.