Mensch-Prozess-Kommunikation - Fakultät Elektrotechnik und ...
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Fak. <strong>Elektrotechnik</strong> & Informationstechnik ◦ Institut für Automatisierungstechnik ◦ Professur für <strong>Prozess</strong>leittechnik<br />
<strong>Mensch</strong>-<strong>Prozess</strong>-<br />
K<strong>Kommunikation</strong> ik ti<br />
VL PLT1<br />
Professur für <strong>Prozess</strong>leittechnik
<strong>Mensch</strong>-<strong>Prozess</strong>-<strong>Kommunikation</strong><br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
(Bildquelle: Wörn & Brinkschulte 2005)<br />
Folie 2
Übersicht<br />
• <strong>Prozess</strong>leittechnik aus einer <strong>Mensch</strong>-Maschine-System<br />
(MMS) PPerspektive kti<br />
– Automatisierung<br />
– G Grenzen der d AAutomatisierung t ti i<br />
• <strong>Prozess</strong>führung mittels Bildschirmen<br />
– GGestaltung l von Bild Bildschirmsystemen<br />
hi<br />
– Verschiedene Bildschirmanzeigen<br />
– NNavigation i ti<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 3
Abstraktion <strong>Mensch</strong>-Maschine-System<br />
Maschine<br />
• Technischer <strong>Prozess</strong><br />
• <strong>Prozess</strong>automatik<br />
• Hilfesysteme<br />
Benutzungsschnittstelle<br />
• Stellteile, Anzeigen<br />
Sensorik<br />
Motorik<br />
Wissensbasis, Motivationsbasis, Ziele<br />
Anlagenfahrer, Schichtleiter, Betriebsleiter<br />
<strong>Mensch</strong><br />
UMGEBUNG<br />
(nach Timpe et al al., 2000)<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 4
Einbettung<br />
Versorgung<br />
Einsatz-<br />
stoff,<br />
Energie,<br />
Information.<br />
Physikalische Umwelt<br />
Maschine<br />
<strong>Mensch</strong><br />
Benutzungs-<br />
Benutzungsschnittstelle<br />
Wissens- & Motivationsbasis,<br />
Ziele<br />
Organisation<br />
K<strong>und</strong>e<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 5
Informationszirkulation<br />
• MMS sind rückgekoppelte Systeme<br />
Störung<br />
Ziel <strong>Mensch</strong> Maschine Resultat<br />
• Gesamtsystemverhalten ist bestimmt durch:<br />
– Technische <strong>Prozess</strong>e: physikalische Gesetzmäßigkeiten<br />
– M<strong>Mensch</strong>liche hli h IInformationsverarbeitung: f ti b it soziale, i l<br />
psychologische & biologische Gesetzmäßigkeiten<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 6
Automatisierung aus MMS-Sicht<br />
• Was bedeutet Automatisierung?<br />
– Autonomie: ÜÜbertragung<br />
von Tätigkeiten vom <strong>Mensch</strong>en<br />
an Maschinen (Hacker, 1998)<br />
– Zukünftig: Assistenzsysteme (Entscheidungsprozesse)<br />
• Warum wird automatisiert?<br />
– Kosten: Technologie g<br />
– Fehler: Red<strong>und</strong>anz, Sicherheit<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 7
Kognitive <strong>Prozess</strong>e in MMS<br />
Kognitive <strong>Prozess</strong>e<br />
Situationswahrnehmung<br />
Entscheiden<br />
Problemlösen<br />
Bewertungg<br />
Antizipation<br />
Le Lernen nen<br />
Sensomotorische<br />
Regelung<br />
Kurzcharakteristik<br />
SSinnlich l h vermittelte l SSystem- <strong>und</strong> d<br />
Ungebungszustände<br />
Auswahl von Alternativen<br />
Überführen unerwünschter Ausgangszustände<br />
in erwünschte Zielzustände<br />
Beurteilen von Objekten innerhalb<br />
eines Bezugssystems<br />
Gedankliche Vorwegnahme künftiger<br />
Sachverhalte<br />
Ausbildung oder Korrektur von<br />
Gedächtnisbesitz<br />
Vergleich von Soll <strong>und</strong> Ist mit<br />
manueller Korrektur<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 8
Automatisierbarkeit?<br />
Kognitive <strong>Prozess</strong>e<br />
Situationswahrnehmung<br />
Entscheiden<br />
Problemlösen<br />
Bewertung<br />
Antizipation<br />
Lernen<br />
Sensomotorische<br />
Regelung<br />
Automatisierbarkeit<br />
N Nur fü für spezielle i ll Teilbereiche, T ilb i h z.B. B<br />
Hinderniserkennung<br />
Nur für WBS bei vorgegebenen<br />
Entscheidungsregeln<br />
In ausgewählten Teilbereichen, z.B.<br />
automatische Beweisführung<br />
Nur bei vorgegebenen Algorithmen<br />
Nur für elementare Komponenten bei<br />
vorgegebenen Modellen<br />
In ausgewählten Teilbereichen Teilbereichen, zz.B. B<br />
Mustererkennung durch kNN<br />
Nahezu vollständig<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 9
Grenzen der Automatisierung<br />
• Fließende Grenze<br />
– Akzeptanz durch K<strong>und</strong>en<br />
– Technisch-ökonomische Grenzen<br />
• WWelche l h kognitive k i i Leistungen L i sind i d in i MMS gefordert? f d ?<br />
• Welche kognitiven <strong>Prozess</strong>en könnten (heute) ökonomisch<br />
automatisiert werden?<br />
• Harte Grenzen:<br />
– Verantwortung kann nach gesellschaftlichen<br />
Verständnis nicht in Hard Hard- <strong>und</strong> Software übertragen<br />
werden (letztendlich haftet der Hersteller).<br />
– Systemziele sind immer von <strong>Mensch</strong>en vorzugeben.<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 10
Resümee<br />
• Vollautomatisierung nur in Teilbereichen sinnvoll<br />
� Automatisierung = Gestaltung von <strong>Mensch</strong>-Maschine-<br />
Systemen<br />
• Wer macht was?<br />
– Funktionsallokation<br />
• Wie soll die Arbeitsumgebung aussehen?<br />
– Gestaltung von Warten<br />
• Wie kommunizieren <strong>Mensch</strong> <strong>und</strong> Maschine?<br />
– Allg.: <strong>Mensch</strong>-Maschine-<strong>Kommunikation</strong><br />
– PLT: <strong>Prozess</strong>führung mit Bildschirmen<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 11
Arbeitsplätze in bewegten MMS<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
Folie 12
Arbeitsplätze in Leitwarten<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
Folie 13
Zehn Gr<strong>und</strong>sätze der <strong>Mensch</strong>-<strong>Prozess</strong>-<br />
K<strong>Kommunikation</strong> ik ti<br />
• Keine Bevorm<strong>und</strong>ung des <strong>Mensch</strong>en durch die<br />
TTechnik h ik<br />
• Der <strong>Mensch</strong> ist der Maßstab<br />
• Benutzer einbeziehen<br />
• Das Notwendige zum Richtigen Zeitpunkt<br />
bereitstellen<br />
• Alle Ereignisse darstellen, die ein Eingreifen<br />
erfordern<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 14
Zehn Gr<strong>und</strong>sätze der <strong>Mensch</strong>-<strong>Prozess</strong>-<br />
K<strong>Kommunikation</strong> ik ti<br />
• Nur wahre Informationen Anzeigen<br />
• Informationen situationsangepasst anzeigen<br />
• Eindeutigkeit sicherstellen<br />
• Für Einheitlichkeit sorgen<br />
• „Blindflüge“ „ g ausschließen ( (Eingabe g rückkoppeln pp <strong>und</strong><br />
überprüfen)<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 15
<strong>Prozess</strong>führung mit Bildschirmen<br />
• VDI/VDE 3699 nennt Regeln <strong>und</strong> gibt Empfehlungen<br />
fü für di die Gestaltung G t lt von DDarstellungen t ll [ […] ] <strong>und</strong> d fü für die di<br />
Bedienung bei Verwendung vollgrafischer<br />
Bildschirmsysteme zur <strong>Prozess</strong>führung<br />
• Blatt 1 – Begriffe<br />
• Blatt 2 – Gr<strong>und</strong>lagen<br />
• Blatt 3 – Fließbilder<br />
• Blatt 4 – Kurven<br />
• Blatt 5 – Meldungen<br />
• Blatt 6 – Bedienverfahren <strong>und</strong> Bediengeräte<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 16
Konzept der Darstellung<br />
(VDI/VDE 3699-2)<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 17
Konzept der Darstellung<br />
• Für wen ...<br />
– Operator<br />
• ... <strong>und</strong> wofür ist darzustellen?<br />
– Überwachen: Informationen bereitstellen bereitstellen, Handlung<br />
lenken<br />
– Eingreifen: Handlungen ermöglichen<br />
– Diagnostizieren<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 18
Konzept der Darstellung<br />
• Was wird dargestellt?<br />
– Alle Informationen, die der Anlagenfahrer für die<br />
Aufgabe <strong>Prozess</strong>leitung benötigt<br />
• Was <strong>und</strong> wie wird dargestellt? - Übersicht<br />
– <strong>Prozess</strong>übersichten/-details durch Fließbilder<br />
– <strong>Prozess</strong>größen durch analoge <strong>und</strong> digitale Anzeiger<br />
– Meldungen durch Farben <strong>und</strong> akustische Signale<br />
– Trends durch Diagramme<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 19
Gr<strong>und</strong>struktur Bildschirme<br />
Date/time Messages from process control<br />
Window<br />
Blended in<br />
only to<br />
working<br />
field<br />
Check field for<br />
inputs<br />
Overview field<br />
Heading<br />
H e a d i n g<br />
Is part of the working field and services<br />
to identify what is displayed<br />
Working field<br />
For display of information in any representation<br />
(mimics, tables, curves, …)<br />
Key field<br />
(virtual keys or the labelling of<br />
actual keys)<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
Folie 20
Gr<strong>und</strong>struktur Bildschirme<br />
• Übersichtsfeld<br />
– Dauerhaft sichtbare Anlagenzustände<br />
• Arbeitsfeld<br />
– Aufgabenspezifische Informationen<br />
• Pop-Ups<br />
– Detailinformationen<br />
• Bedienfeld<br />
– Dauerhaft sichtbare Navigationselemente<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 21
Fließbilder<br />
• Verfahrenstechnisches Fließbild<br />
– Struktur der Anlage (R&I-Diagramm)<br />
– Transportwege für Stoffe <strong>und</strong> Energieströme <strong>und</strong><br />
Behälter<br />
– Aktoren (Motoren, Pumpen, Ventile)<br />
• Leittechnisches Fließbild<br />
– Zustände von <strong>Prozess</strong>größen<br />
– Störungen oder Abweichungen vom Sollzustand<br />
• Kombination aus Beidem<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 22
(nach VDI3699)<br />
Verfahrens-/Leittechn. Fließbild<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
Folie 23
Leittechnisches Fließbild<br />
• Funktionen,<br />
Funktionsgruppen <strong>und</strong><br />
deren Verknüpfung<br />
• Transportwege für<br />
Informationen<br />
• Zustände von<br />
<strong>Prozess</strong>größen<br />
(aus Heuer 2002)<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 24
Gruppenbild, Trendbild,<br />
Abl Ablaufsprachenbild, f h bild MMeldeliste ld li t<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 25
Hierarchische Darstellung<br />
• Verfahrenstechnische Anlagen<br />
– 300 bis 300.000 Messwerte, Viele Aggregate<br />
– Mehrere Bereiche (Verfahrensschritte)<br />
→ Anlagenhierarchie<br />
• Hierarchie: Verfahrenstechnik → Visualisierung<br />
–Anlage → Anlagenbild<br />
– Bereich → Bereichsbild D<br />
– Teilanlage → Teilanlagenbild/Gruppenbild<br />
– Anlagenteile → Detailbild<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 26<br />
E<br />
T<br />
A<br />
I<br />
L
Funktionen der Hierarchieebenen<br />
• Anlagenbild<br />
– Übersicht<br />
– Anlagenbereiche <strong>und</strong> Zustände<br />
• Bereichsbild<br />
– Verfügbarkeit von Teilanlagen oder Gruppen<br />
– Apparate, Fließwege, Stoffe, Energien, Signale<br />
• Teilanlagenbild/Gruppenbild<br />
– Bedienung der Teilanlage<br />
– Regelungsstrukturen, Apparate, Aggregate, Sensoren, Aktoren<br />
• Detailbild<br />
– Parametrierung <strong>und</strong> Inbetriebnahme Inbetriebnahme, Aufklärung von Störungen<br />
– Signalwege vom Sensor zum Aktor<br />
– Eingabe, Änderung von Grenzwerten, Regelparametern,<br />
Zusatzinformationen<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 27
Darstellung von Zustandsgrößen<br />
• Forderungen:<br />
– Leicht zu entdecken (Blinken?)<br />
– Unterscheidung Bedienbare/Nicht bedienbare Größen<br />
– Zustandsanzeige eindeutig <strong>und</strong> verwechslungsfrei<br />
identifizierbar<br />
– Hervorheben von wichtigen g PLT-Stellen<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 28
Darstellung von Zustandsgrößen<br />
• Zahlen:<br />
– Ohne führende Nullen rechtsbündig<br />
– Zu vergleichende Zahlen in gleicher Größe, stellenrichtig<br />
<strong>und</strong> mit gleicher Anzahl von Nachkommastellen<br />
– Darstellung in bedeutungstragender Einheit<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 29
Darstellung von Zustandsgrößen<br />
Blinken<br />
Vergleichende<br />
Größen<br />
Eindeutige Zuordnung<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
Folie 30
Kodierung kont. Größen<br />
Digitale Anzeige<br />
Skala<br />
Analoge Anzeige:<br />
Balkenanzeige<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
Folie 31
Auffälligkeit<br />
• Entdeckung wichtiger Objekte im Fließbild<br />
• Abstufung der Auffälligkeit durch Einsatz <strong>und</strong><br />
Kombination von<br />
– Kontrast<br />
– Farbe<br />
– Blinken<br />
– Ak Akustisches ti h Signal Si l<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 32
Kodierung von Zuständen<br />
• Information / Zustand → Darstellung<br />
• Dimensionen:<br />
– Blinken<br />
– Farbe<br />
– Figur<br />
– Form<br />
– Ausdehnung d h<br />
– Richtung<br />
– Lage g<br />
• Red<strong>und</strong>anz durch Kombination<br />
– Verkehrsampel: Farbe <strong>und</strong> Lage<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 33
Kodierung durch Farben<br />
• Information / Zustand → Farbe<br />
• Verfahrenstechnik: Medium → Farbe<br />
• Meldesystem: Priorität der Meldung → Farbe<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 34
Farben: Allgemeine Verwendung<br />
• Sparsam einsetzen<br />
• Unterscheidbar (nicht mehr als 8 Farben)<br />
• Hintergr<strong>und</strong>/Vordergr<strong>und</strong> dunkelgrau/dunkelblau bzw.<br />
angepasst an übrige Arbeitsmittel<br />
• Ungesättigte Farben für statische Elemente<br />
(Rohrleitungen, Apparate, etc.)<br />
• Gesättigte Signalfarben für Zustandsanzeigen<br />
• Durchflussstoffe gemäß DIN 2403<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 35
Navigation zwischen Bildern<br />
• Innerhalb der Anlagenhierarchie<br />
• Spezielle Darstellungen (Meldungen, Trends)<br />
aufwärts<br />
Teil 1<br />
springen<br />
Meldungen<br />
rückspringen<br />
seitwärts<br />
Teil 11.1 1 Teil 11.2 2 Teil 11.3 3 Teil 11.4 4<br />
abwärts<br />
Teil 1.2.1<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 36
Navigation zwischen Bildern<br />
• Auswahlmethoden<br />
– Menüs<br />
– Direkte Eingabe<br />
– Funktionstasten<br />
• Navigation in Abhängigkeit der Darstellung<br />
– Zugehörige Fließbilder<br />
– Zugehörige Spezialbilder<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 37
Anwahlbedienungg<br />
Bedienen<br />
Aufruf von<br />
Zusatzinformationen<br />
<strong>Prozess</strong>bedienung<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
Folie 38
Quittieren<br />
Bedienen<br />
Systembedienung<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR<br />
Folie 39
Bedienen<br />
• Anwahlbedienung<br />
– Anfordern von Informationen (Navigieren)<br />
• <strong>Prozess</strong>bedienung<br />
– Einwirken auf den <strong>Prozess</strong><br />
• Quittieren<br />
• Aufruf von Zusatzinformationen<br />
• Systembedienung<br />
– <strong>Prozess</strong>leitsystem konfigurieren<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 40
<strong>Prozess</strong>bedienung<br />
• Wertvorgabe<br />
• Parametereingabe<br />
• Zustandsänderung<br />
• Objektreservierung<br />
• Freigabe<br />
• NOT-AUS<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 41
Bedienen im Fließbild<br />
• Meldungen<br />
• Texte<br />
• Grenzwerte<br />
• Kurven<br />
• Chargendaten<br />
• EMSR-Stellen-Kennzeichnung g( (AKZ) )<br />
• Auslegungs- <strong>und</strong> Planungsdaten<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 42
Demonstrator<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 43
Standardisierung<br />
• Richtlinien durch VDI/VDE 3699<br />
• Unterstützung aus andern Betrieben<br />
• Reservepersonal reduzieren<br />
ABER:<br />
• Herstellerspezifische Lösungen<br />
• Beispiel: p Priorität <strong>und</strong> Zustand von Meldungen g<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 44
Aktuelle Entwicklungen<br />
• Engineering verteilter <strong>Prozess</strong>e � Lose gekoppelte Web- <strong>und</strong><br />
MSOfficetechnologien<br />
– Integration von Teillösungen (package units,<br />
wiederverwendung, typicals)<br />
– Generische Modellierung von Anlagenstruktur Anlagenstruktur, <strong>Prozess</strong>en,<br />
<strong>Prozess</strong>en<br />
Rezepten sowie Aufgaben/Interaktion<br />
• Ubiquitäre Multisensor-Systeme � Neue Engineering- <strong>und</strong><br />
Visualisierungsmittel<br />
sua s e u gs tte<br />
• Integration weiterer Informationsquellen, höhere Leistungsdichte<br />
durch Automatisierung � Multimodale Interaktion<br />
– Sprachsteuerung? Sprachsteuerung?, Gestik?<br />
– Virtuelle <strong>und</strong> augmentierte Realität<br />
(Beispiel Nanoproduktion)<br />
– Mobile Interaktion<br />
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 45
Change language