Fak. Elektrotechnik & Informationstechnik ◦ Institut für Automatisierungstechnik ◦ Professur für Prozessleittechnik

Mensch-Prozess-K ik tiKommunikation

VL PLT1Professur für Prozessleittechnik

Mensch-Prozess-KommunikationMensch-Prozess-Kommunikation

6.7.10 Folie 2(Bildquelle: Wörn & Brinkschulte 2005)

PLT1 (c) 2006-2010, UR

ÜbersichtÜbersicht

• Prozessleittechnik aus einer Mensch-Maschine-System (MMS) P kti(MMS) Perspektive

– Automatisierung

G d A t ti i– Grenzen der Automatisierung

• Prozessführung mittels Bildschirmen

G l Bild hi– Gestaltung von Bildschirmsystemen

– Verschiedene Bildschirmanzeigen

N i ti– Navigation

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Abstraktion Mensch-Maschine-SystemAbstraktion Mensch-Maschine-System

Maschine• Technischer ProzessTechnischer Prozess• Prozessautomatik• Hilfesysteme Benutzungsschnittstelle

• Stellteile, Anzeigen

UMGEBUNG

Sensorik Motorik

Wissensbasis, Motivationsbasis, Ziele

Mensch

(nach Timpe et al 2000)

Anlagenfahrer, Schichtleiter, Betriebsleiter

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(nach Timpe et al., 2000)

EinbettungEinbettungPhysikalische Umwelt

MaschineVer-sorgung

Benutzungs-

Einsatz-stoff,

Kunde

Benutzungs-schnittstelle

Mensch

Wissens- & Motivationsbasis, Ziele

stoff,Energie, Infor-mation.

Organisation

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Organisation

InformationszirkulationInformationszirkulation

• MMS sind rückgekoppelte Systeme

Störung

Mensch MaschineZiel Resultat

• Gesamtsystemverhalten ist bestimmt durch:– Technische Prozesse: physikalische Gesetzmäßigkeiten

M hli h I f ti b it i l – Menschliche Informationsverarbeitung: soziale, psychologische & biologische Gesetzmäßigkeiten

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Automatisierung aus MMS-SichtAutomatisierung aus MMS-Sicht

• Was bedeutet Automatisierung?Ü– Autonomie: Übertragung von Tätigkeiten vom Menschen

an Maschinen (Hacker, 1998)

– Zukünftig: Assistenzsysteme (Entscheidungsprozesse)Zukünftig: Assistenzsysteme (Entscheidungsprozesse)

• Warum wird automatisiert?

– Kosten: Technologieg

– Fehler: Redundanz, Sicherheit

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Kognitive Prozesse in MMSKognitive Prozesse in MMS

S l h l S dKurzcharakteristikKognitive Prozesse

Auswahl von AlternativenEntscheiden

Sinnlich vermittelte System- und Ungebungszustände

Situationswahrnehmung

Beurteilen von Objekten innerhalb Bewertung

Überführen unerwünschter Ausgangs-zustände in erwünschte Zielzustände

Problemlösen

Ausbildung oder Korrektur von Le nen

Gedankliche Vorwegnahme künftiger Sachverhalte

Antizipationeines Bezugssystems

g

Vergleich von Soll und Ist mit manueller Korrektur

Sensomotorische Regelung

Ausbildung oder Korrektur von Gedächtnisbesitz

Lernen

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Regelung

Automatisierbarkeit?Automatisierbarkeit?

N fü i ll T ilb i h B AutomatisierbarkeitKognitive Prozesse

Nur für WBS bei vorgegebenen Entscheidungsregeln

Entscheiden

Nur für spezielle Teilbereiche, z.B. Hinderniserkennung

Situationswahrnehmung

Nur bei vorgegebenen AlgorithmenBewertung

In ausgewählten Teilbereichen, z.B. automatische Beweisführung

ProblemlösenEntscheidungsregeln

In ausgewählten Teilbereichen z B Lernen

Nur für elementare Komponenten bei vorgegebenen Modellen

Antizipation

Nur bei vorgegebenen AlgorithmenBewertung

Nahezu vollständigSensomotorische Regelung

In ausgewählten Teilbereichen, z.B. Mustererkennung durch kNN

Lernen

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Regelung

Grenzen der AutomatisierungGrenzen der Automatisierung

• Fließende Grenze

– Akzeptanz durch Kunden

– Technisch-ökonomische Grenzen

W l h k i i L i i d i MMS f d ?• Welche kognitive Leistungen sind in MMS gefordert?

• Welche kognitiven Prozessen könnten (heute) ökonomisch automatisiert werden?

• Harte Grenzen:

– Verantwortung kann nach gesellschaftlichen Verständnis nicht in Hard und Software übertragen Verständnis nicht in Hard- und Software übertragen werden (letztendlich haftet der Hersteller).

– Systemziele sind immer von Menschen vorzugeben.

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ResümeeResümee

• Vollautomatisierung nur in Teilbereichen sinnvoll

Automatisierung = Gestaltung von Mensch-Maschine-Systemen

• Wer macht was? • Wer macht was?

– Funktionsallokation

• Wie soll die Arbeitsumgebung aussehen?• Wie soll die Arbeitsumgebung aussehen?

– Gestaltung von Warten

• Wie kommunizieren Mensch und Maschine?Wie kommunizieren Mensch und Maschine?

– Allg.: Mensch-Maschine-Kommunikation

– PLT: Prozessführung mit Bildschirmen

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Arbeitsplätze in bewegten MMS

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Arbeitsplätze in Leitwarten

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Zehn Grundsätze der Mensch-Prozess-K ik tiKommunikation

• Keine Bevormundung des Menschen durch die T h ikTechnik

• Der Mensch ist der Maßstab

• Benutzer einbeziehen

• Das Notwendige zum Richtigen Zeitpunkt bereitstellenbereitstellen

• Alle Ereignisse darstellen, die ein Eingreifen erfordernerfordern

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Zehn Grundsätze der Mensch-Prozess-K ik tiKommunikation

• Nur wahre Informationen Anzeigen

• Informationen situationsangepasst anzeigen

• Eindeutigkeit sicherstellen

• Für Einheitlichkeit sorgen

• „Blindflüge“ ausschließen (Eingabe rückkoppeln und „ g ( g ppüberprüfen)

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Prozessführung mit BildschirmenProzessführung mit Bildschirmen

• VDI/VDE 3699 nennt Regeln und gibt Empfehlungen fü di G t lt D t ll [ ] d fü di für die Gestaltung von Darstellungen […] und für die Bedienung bei Verwendung vollgrafischer Bildschirmsysteme zur Prozessführung

• Blatt 1 – Begriffe

• Blatt 2 – Grundlagen

• Blatt 3 – Fließbilder

• Blatt 4 – Kurven

• Blatt 5 – Meldungen

• Blatt 6 – Bedienverfahren und Bediengeräte

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Konzept der DarstellungKonzept der Darstellung

(VDI/VDE 3699-2)

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Konzept der DarstellungKonzept der Darstellung

• Für wen ...– Operator

• ... und wofür ist darzustellen?– Überwachen: Informationen bereitstellen Handlung Überwachen: Informationen bereitstellen, Handlung

lenken– Eingreifen: Handlungen ermöglichen

Diagnostizieren– Diagnostizieren

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Konzept der DarstellungKonzept der Darstellung

• Was wird dargestellt?– Alle Informationen, die der Anlagenfahrer für die

Aufgabe Prozessleitung benötigt

• Was und wie wird dargestellt? - Übersicht– Prozessübersichten/-details durch Fließbilder– Prozessgrößen durch analoge und digitale AnzeigerProzessgrößen durch analoge und digitale Anzeiger– Meldungen durch Farben und akustische Signale– Trends durch Diagramme

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Grundstruktur Bildschirme

Date/time Messages from process control

Overview field

H e a d i n g

Window Is part of the working field and services to identify what is displayed

H e a d i n g

Working field For display of information in any representation

Blended in only to working For display of information in any representation

(mimics, tables, curves, …) field

Check field for inputs

Key field (virtual keys or the labelling of actual keys)

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Grundstruktur BildschirmeGrundstruktur Bildschirme

• Übersichtsfeld– Dauerhaft sichtbare Anlagenzustände

• Arbeitsfeld– Aufgabenspezifische InformationenAufgabenspezifische Informationen

• Pop-Ups– Detailinformationen

• Bedienfeld– Dauerhaft sichtbare Navigationselemente

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FließbilderFließbilder

• Verfahrenstechnisches Fließbild

– Struktur der Anlage (R&I-Diagramm)

– Transportwege für Stoffe und Energieströme und BehälterBehälter

– Aktoren (Motoren, Pumpen, Ventile)

• Leittechnisches Fließbild• Leittechnisches Fließbild

– Zustände von Prozessgrößen

Störungen oder Abweichungen vom Sollzustand– Störungen oder Abweichungen vom Sollzustand

• Kombination aus Beidem

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Verfahrens-/Leittechn. Fließbild

(nach VDI3699)

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(nach VDI3699)

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Leittechnisches FließbildLeittechnisches Fließbild

• Funktionen, Funktionsgruppen und Funktionsgruppen und deren Verknüpfung

• Transportwege für Informationen

• Zustände von ProzessgrößenProzessgrößen

(aus Heuer 2002)

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Gruppenbild, Trendbild, Abl f h bild M ld li tAblaufsprachenbild, Meldeliste

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Hierarchische DarstellungHierarchische Darstellung

• Verfahrenstechnische Anlagen

– 300 bis 300.000 Messwerte, Viele Aggregate

– Mehrere Bereiche (Verfahrensschritte)

→ Anlagenhierarchie

• Hierarchie: Verfahrenstechnik → Visualisierung

– Anlage → Anlagenbild

– Bereich → Bereichsbild DE

– Teilanlage → Teilanlagenbild/Gruppenbild

– Anlagenteile → Detailbild

ETAIL

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Funktionen der HierarchieebenenFunktionen der Hierarchieebenen

• Anlagenbild

Übersicht– Übersicht

– Anlagenbereiche und Zustände

• Bereichsbild

Verfügbarkeit von Teilanlagen oder Gruppen– Verfügbarkeit von Teilanlagen oder Gruppen

– Apparate, Fließwege, Stoffe, Energien, Signale

• Teilanlagenbild/Gruppenbild

Bedienung der Teilanlage– Bedienung der Teilanlage

– Regelungsstrukturen, Apparate, Aggregate, Sensoren, Aktoren

• Detailbild

Parametrierung und Inbetriebnahme Aufklärung von Störungen– Parametrierung und Inbetriebnahme, Aufklärung von Störungen

– Signalwege vom Sensor zum Aktor

– Eingabe, Änderung von Grenzwerten, Regelparametern, Zusatzinformationen

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Darstellung von ZustandsgrößenDarstellung von Zustandsgrößen

• Forderungen:

– Leicht zu entdecken (Blinken?)

– Unterscheidung Bedienbare/Nicht bedienbare Größen

– Zustandsanzeige eindeutig und verwechslungsfrei identifizierbar

– Hervorheben von wichtigen PLT-Stelleng

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Darstellung von ZustandsgrößenDarstellung von Zustandsgrößen

• Zahlen:– Ohne führende Nullen rechtsbündig– Zu vergleichende Zahlen in gleicher Größe, stellenrichtig

und mit gleicher Anzahl von Nachkommastellen– Darstellung in bedeutungstragender Einheit

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Darstellung von Zustandsgrößen

Blinken

Eindeutige Zuordnung

VergleichendeGrößen

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Kodierung kont. Größen

Analoge Anzeige:BalkenanzeigeBalkenanzeige

SkalaDigitale Anzeige

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AuffälligkeitAuffälligkeit

• Entdeckung wichtiger Objekte im Fließbild• Abstufung der Auffälligkeit durch Einsatz und

Kombination von– KontrastKontrast– Farbe– Blinken

Ak ti h Si l– Akustisches Signal

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Kodierung von ZuständenKodierung von Zuständen

• Information / Zustand → Darstellung• Dimensionen:

– Blinken– FarbeFarbe– Figur– Form

d h– Ausdehnung– Richtung– Lageg

• Redundanz durch Kombination– Verkehrsampel: Farbe und Lage

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Kodierung durch FarbenKodierung durch Farben

• Information / Zustand → Farbe• Verfahrenstechnik: Medium → Farbe• Meldesystem: Priorität der Meldung → Farbe

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Farben: Allgemeine VerwendungFarben: Allgemeine Verwendung

• Sparsam einsetzen• Unterscheidbar (nicht mehr als 8 Farben)• Hintergrund/Vordergrund dunkelgrau/dunkelblau bzw.

angepasst an übrige Arbeitsmittelangepasst an übrige Arbeitsmittel• Ungesättigte Farben für statische Elemente

(Rohrleitungen, Apparate, etc.) • Gesättigte Signalfarben für Zustandsanzeigen • Durchflussstoffe gemäß DIN 2403

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Navigation zwischen BildernNavigation zwischen Bildern

• Innerhalb der Anlagenhierarchie• Spezielle Darstellungen (Meldungen, Trends)

Teil 1 springen Meldungen

Teil 1 1 Teil 1 2 Teil 1 3 Teil 1 4

aufwärts

seitwärts

springenrückspringen

Teil 1.1 Teil 1.2 Teil 1.3 Teil 1.4

abwärts

Teil 1.2.1

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Navigation zwischen BildernNavigation zwischen Bildern

• Auswahlmethoden– Menüs– Direkte Eingabe– FunktionstastenFunktionstasten

• Navigation in Abhängigkeit der DarstellungZugehörige Fließbilder– Zugehörige Fließbilder

– Zugehörige Spezialbilder

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Bedienen

Anwahlbedienung

Prozessbedienung

g

Aufruf vonZusatzinformationen

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Bedienen

Quittieren

Systembedienung

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BedienenBedienen

• Anwahlbedienung– Anfordern von Informationen (Navigieren)

• Prozessbedienung– Einwirken auf den ProzessEinwirken auf den Prozess

• Quittieren• Aufruf von Zusatzinformationen• Systembedienung

– Prozessleitsystem konfigurieren

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ProzessbedienungProzessbedienung

• Wertvorgabe• Parametereingabe• Zustandsänderung• Objektreservierung• Objektreservierung• Freigabe• NOT-AUS

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Bedienen im FließbildBedienen im Fließbild

• Meldungen• Texte• Grenzwerte• Kurven• Kurven• Chargendaten• EMSR-Stellen-Kennzeichnung (AKZ)g ( )• Auslegungs- und Planungsdaten

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DemonstratorDemonstrator

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StandardisierungStandardisierung

• Richtlinien durch VDI/VDE 3699• Unterstützung aus andern Betrieben• Reservepersonal reduzierenABER:ABER:• Herstellerspezifische Lösungen• Beispiel: Priorität und Zustand von Meldungenp g

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Aktuelle EntwicklungenAktuelle Entwicklungen

• Engineering verteilter Prozesse Lose gekoppelte Web- und MSOfficetechnologienMSOfficetechnologien

– Integration von Teillösungen (package units, wiederverwendung, typicals)

Generische Modellierung von Anlagenstruktur Prozessen – Generische Modellierung von Anlagenstruktur, Prozessen, Rezepten sowie Aufgaben/Interaktion

• Ubiquitäre Multisensor-Systeme Neue Engineering- und Visualisierungsmittelsua s e u gs tte

• Integration weiterer Informationsquellen, höhere Leistungsdichte durch Automatisierung Multimodale Interaktion

– Sprachsteuerung? Gestik?Sprachsteuerung?, Gestik?

– Virtuelle und augmentierte Realität (Beispiel Nanoproduktion)

Mobile Interaktion– Mobile Interaktion

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