培养人才:提高操作人员的效率

由于流程中断，全球流程工业每年损失约200亿美元，约占总产量的5%。研究表明，80%的损失是可以预防的，而在这些可预防的损失中，有40%主要是由于操作人员的错误造成的。这意味着总的改进潜力——如果能找到一种方法来帮助避免错误——总计64亿美元。操作人员的有效性是维持过程控制和管理的经济价值的基本要素。

首先要提高作业人员的态势感知能力，更好地处理异常情况。然后，操作人员可以做出更好的决策，从而提高安全性和过程正常运行时间。

努力提高作业者的效率意味着在技术和管理方面面临许多重大挑战。例如，管理和监测工业过程的特点是技术上不可避免的变化，由于劳动力人口结构的变化，知识库的减少，以及操作的日益复杂。如果不严格考虑作业者的效率，这些因素可能会导致成本大幅上升。

开发有效的HMI(人机界面)需要考虑操作员的工作流程和需求。最近一项关于运营商效率的调查显示，ABB的许多客户也持这种观点。

操作员效能的四大支柱

在设计自动化系统时，影响操作人员性能的主要因素有四个:

• 综合业务
• 高性能设计
• 注意人为因素，以及
• 操作能力。

综合业务

一个有效的控制系统应该为客户提供无缝整合和合理化各种来源数据的手段。它实现了不同计算机程序和系统之间的协作，从任意数量的来源为操作员提供所有必要的信息。操作人员可以直观地访问可操作的信息，并可以动态有效地管理视图。这些特性减少了识别必要操作所需的时间。

如今，一个运行中的工厂可能包括多个控制器平台，包括plc(可编程逻辑控制器)、dcs(分布式控制系统)、安全系统、FASs(设施自动化系统)和ECSs(电气控制系统)等等。此外，工厂信息系统，如CMMS(计算机化维护管理系统)、ERP(企业资源规划)、视频监控系统和数据历史记录也可用，并且包含有价值的信息，可以支持操作员的决策。

高性能设计

许多标准组织和研究机构已经并将继续为人机界面哲学做出有价值的贡献。这些知识已成为界面设计、人体工程学、态势感知和警报管理的指导原则。利用这一点以及自身广泛的专业知识，ABB与其他系统设计人员一起，通过积极参与各种技术委员会、工作组和标准制定组织的科学委员会，支持建立良好的标准。

影响HMI开发的一个关键领域是异常情况的处理。异常情况是控制系统无法自行处理的干扰或事件，因此需要操作员的干预。在实施控制系统项目时，根据最终用户的操作理念定制工作场所布局，并支持实现具有报警搁置(操作员驱动的报警抑制)和报警隐藏(基于条件的报警抑制)等功能的高性能报警管理策略是至关重要的。这些功能减少了麻烦和非关键警报的数量，从而帮助最终用户达到或超过当前的指导方针和标准，如EEMUA 191和ISA SP18.2。

异常情境管理专家、《高性能人机界面手册》的作者Ian Nimmo认为，高性能人机界面设计的驱动因素是情境感知。他说:“拥有良好的态势意识意味着操作员对工艺和设备的当前状况有准确的感知，并对单元中各种趋势的含义有准确的理解。”

态势感知反映的一些关键概念是颜色定义和使用，以最大限度地提高异常情况的可见性。态势感知的概念并不新鲜。然而，这仍然是多个组织之间争论的问题。争论的一个方面是使用灰度或冷处理图形方案。此外，通过导航方法、在异常情况下快速响应的图形级定义和信息的呈现，寻求完全预测和避免异常情况。

上面提到的“高性能人机界面手册”中描述的情景感知的一个很好的例子涉及两个图形，它们都嵌入了相同的信息，但对情景感知的影响完全不同。黑色背景和丰富颜色的图形即使在正常情况下也会导致较差的态势感知，而灰度和报警描述的鲜明颜色的图形则表示良好的态势感知。

态势感知可以通过以下方式产生巨大影响:

• 提高处理异常情况和恢复正常工作模式的成功率
• 减少工厂操作员在异常情况下完成所需任务的时间
• 提高控制室操作人员在告警发生前发现异常情况的发生率。

注意人为因素

系统设计者需要明确地关注人为因素。一个主要原因是，一个熟练的设计师知道，一个更好的工作环境可以减少操作员的压力，这反过来又大大提高了操作员处理异常情况的表现和效率，同时减少了健康问题和资源周转。

有效的操作员工作场所配备了先进的键盘，具有多客户端处理的热键，操作员办公桌系统，机动可调办公桌和监视器定位，定向音响系统和集成可调光照明。在创建控制室环境时，使用这种高效的设计理念对作业者团队的绩效有重大影响。这些因素都有助于提高控制室操作员的操作环境和警觉性水平。

控制室程序对确保操作的一致性很重要。它们还可以支持操作人员进行不经常执行的活动。有用的支持机制的一个例子是使用检查清单来指导操作员在特定情况下完成所需的程序。

工作角色和职责的明确定义是成功运营的另一个重要因素。这意味着操作员需要执行的所有任务都应该被识别和记录，包括超出正常模式操作的任务。

为了努力定义控制室或智能控制中心的新标准，ABB和System 800xA与控制室供应商CGM合作创建了一个示范项目，以强调以人为因素和人体工程学为重点的最佳控制室布局。瑞典bor的“未来运营中心”是了解如何建造最佳控制室的最新信息的好地方。它包括，除其他外，诸如声音，噪音吸收，地板材料，光控制和工艺的颜色状态等主题。

操作能力

当作业者与流程交互时，他们的行为通常会产生巨大的业务后果，特别是当流程处于特殊情况下，作业者需要了解和管理复杂的操作以支持恢复时。使用模拟器进行高级训练的新技术可以重建精确的操作员环境，包括图形和控制逻辑。该模拟器提供了一个安全、真实的环境，过程操作员和仪器技术人员可以在其中学习如何掌握过程，增加他们的信心。

鉴于技术的快速发展、劳动力的代际变化以及操作的日益复杂，在过程控制系统的整个生命周期中，明确需要直接解决操作员的效率问题。为了充分利用运营商效率的四大支柱，一些基本活动正在不断进行:以用户为中心的设计和着眼于未来。

以用户为中心的设计

设计一个有效的人机界面需要关注控制室操作员的工作流程和任务。为了很好地理解工作流程，并获得操作员如何管理大量操作任务的知识，设计师应该通过用户研究与操作员一起执行操作员任务分析。用户研究的方法包括访谈、实地研究和观察。

面试问题在计划面试之前发送给运营商，以确保用户拥有正确的资料和知识，并做好充分准备。面试问题可以是结构化的，也可以是非结构化的，无论是提问的形式还是回答的方式都是如此。

现场研究和观察是确定和优先考虑作业者目标和需求的一种方法。通过在用户自己的工作环境中访问用户，观察他们如何执行操作任务，可以获得有关运营商面临的挑战和需求的第一手信息。这种方法对于发现操作员没有意识到的不正确或低效的操作是理想的。还应征求作业者的意见，并收集有关良好做法和有改进潜力领域的直接反馈。

然后可以对收集到的数据进行分析和综合。数据综合过程包括确定主要概念，每个用户研究的指示，以及分析它们与操作员效率提高的关系。

另一个提高用户关注度的有效方法是建立一个由不同领域的客户组成的客户参考小组。参考小组的目的有三个方面:

• 为客户提供有关正在进行和计划开发项目的第一手信息
• 允许客户积极影响供应商对系统操作界面的开发
• 建立一个论坛，用于交流和测试用户需求、趋势和未来风险方面的想法，以提高客户的生产力和利润。

展望未来

与用户体验和交互相关的软件技术的不断进步提出了允许现有人机界面发展的需要。例如，ABB拥有一个设备齐全的用户体验和交互实验室。研究人员展望未来，分析新兴技术的影响，探索高效利用和现有技术与新兴技术的合理结合。值得一提的是，ABB刚刚创建了一个专门研究运营商效率的新研究领域。其任务之一是研究市场上的新技术及其在工业领域中的应用。例子包括交互、可视化和设计技术。

创新的想法来自于以操作员的工作流程和任务为中心，开发有效的人机界面。众所周知，工艺操作是团队合作。不同班次之间需要相互沟通和合作。因此，为了帮助操作员进行这些活动，一个创新的想法是协作板，允许操作员在实时过程显示器上留言，或者使用下拉白板进行草图讨论。这种协作功能可以服务于各种角色，包括工厂管理人员、系统管理人员、管理人员以及维护和操作人员。

操作员的效率是一个永恒的特征，将永远是重要的。因此，除了提高当前一代操作人员的操作效率外，考虑到未来几代操作人员也是至关重要的。一些客户告诉ABB，随着当前劳动力的成熟，运营商的期望也在发生变化。如今许多被雇佣的操作员都是伴随着电脑长大的，是“数字原住民”。对这些新一代来说，视觉学习是教植物如何行为的理想方法。对这些人如何操作这个过程的研究表明，他们比年长的船员打开更多的屏幕。他们还要求对屏幕进行更多定制。新操作员倾向于将电站的行为可视化，而老操作员则试图以顺序的方式了解电站。系统设计者应该积极监测和应用未来的技术和设计概念，以解决操作技能与今天不同的年轻一代的问题。

操作员效能的秘密

作业者的效率是一个具有挑战性的领域。任何希望在这一领域脱颖而出的公司都必须在促进运营商效率支柱方面发挥主导作用:

1. 利用一个自动化平台，该平台可以促进并提供促进协作环境所需的集成和集中化级别。
2. 提供协助，以满足标准和设计理念的情况意识和异常状态处理，以及利用自动化系统，具有灵活性，以满足特定的客户需求。
3. 整合人为因素和最佳实践，以提供最佳的操作效率。
4. 不仅提供操作人员培训，还提供一个使用最有价值的资产和现有知识产权的环境，以建立操作人员的信心和能力。

致力于开发高效作业者的过程制造商应该创造一个能够提供作业者效能的环境，在以用户为中心的设计中进行持续的活动，并展望未来技术及其在作业者效能领域的应用。通过更有效地利用作业者的技术经验，在每种作业情况下快速访问相关数据，并在决策过程中帮助作业者，可以减少错误的范围。所有这些都意味着持续的经济价值。

ABB在提高运营卓越性方面取得了相当大的成功，专注于运营商，并提供过程控制接口，促进运营商在所有运营模式下做出正确决策的能力。它致力于通过持续的研究和开发保持在这些发展的最前沿，帮助客户实现卓越的运营。

Hongyu Pei Breivold、Martin Olausson、Susanne Timsjö和Magnus Larsson就职于瑞典ABB公司研究中心Västerås。罗伊·坦纳(Roy Tanner)就职于俄亥俄州威克利夫的ABB公司。

更多阅读:

Atkinson, T.， Hollender, M.， 2010，操作员有效性，协同过程自动化系统，ISBN 978-1-936007-10-3。

Hollifield, B.， Oliver, D.， Nimmo, I.， Habibi, E.， 2008，高性能人机界面手册，ISBN-10: 0977896919, ISBN-13: 9780977896912，工厂自动化服务。

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