48707 (588602), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рис.4. ОС Windows 98. Открыто и отображается сразу несколько окон.

Как видно, активным в каждый момент может быть только одно окно, и разница между активным и неактивным очень маленькая - всего лишь в цвете заголовка окна.

Для достижения отображения всех окон, пришлось так "урезать" их размеры, что работа с такими окнами очень утруднена, навигация между ними осталась практически такой же сложной.

Вообще графический интерфейс представляет собой рабочий стол - экран - поверхность стола, бумаги и документы - окна. Значит проблемы “традиционных столов” остаются, ведь обычно рабочий стол всегда завален кучей разных бумаг, и отыскать в этом всем нужный документ недельной давности ох как нелегко. То же твориться и на столе виртуальном (Рис 4). Пока на столе (экране) один документ (рис.3) то можно спокойно работать, но когда их количество переваливает за десяток... Перекрытие как метод отображения сразу нескольких документов не только не решает проблему, а наоборот, еще и усугубляет ее, так как нужно следить за тем, какой из документов/окон сейчас активен, а поиск в “мешанине" окон тоже не очень приятен. Вот это и есть еще один существенный недостаток оконных систем с перекрытием окон - трудность с расположением и навигацией между отдельными окнами.

Второй подход - система формирует виртуальный десктоп гораздо большего размера, чем дисплей. Окна могут размещаться на всей площади этого десктопа, а на экране отображается лишь те окна или их части, которые попадают в область отображения реального экрана. Такой подход обязывает постоянно и независимо от других окон держать в видимой области окно специальной программы - оконного менеджера, который показывает в масштабе расположение всех окон на виртуальном десктопе и ту область, которая отображается в данный момент.

Следует упомянуть ещё об одном скрытом минусе графических оконных систем. При их использовании возникает так званый эффект "когнитивной перегрузки" - когда на экран выводиться столько различной информации, за которой нужно следить, да еще и в разных частях дисплея, что пользователь просто теряется, "глаза разбегаются". Нужно следить за курсором, держать во внимании панель инструментов, где и какая кнопка нажата, следить за индикатором раскладки клавиатуры, за самой клавиатурой (Caps Lock), одновременно нужно знать, какое окно активно, и что делает система в данный момент. Это большой поток информации, за которым сложно следить. Кроме того, чтобы выполнить любую элементарную операцию, нужно найти курсором (значит, перевести внимание на него, но другие элементы, описанные выше тоже нужно держать в поле зрения) пункт меню или нужную кнопку, попасть на неё, удостовериться, что курсор находиться именно над той кнопкой, которую нужно нажать, а если это ползунок перемещения, то не останавливая нажатия, одновременно следить за тем, как исполняется команда. Часто бывает, что пользователь попадает по ненужной кнопке или пункту меню, вследствие чего приложение совершает не ту команду или вообще закрывается. Стандартизация элементов пользовательского интерфейса Windows по идее ее создателей должна было навести лад среди приложений и избавить пользователей от изучения нового интерфейса при переходе на новую программу. В какой то мере Windows сделал своё дело, и по крайней мере закрыть, минимизировать, раскрыть окно сможет каждый пользователь и с любой программой. Но все другие кнопки имеют стандартный цвет и размер. Примерно одинаковое размещение и функциональное предназначение приводит к тому, что пользователи очень часто даже не смотрят на кнопку, прежде чем ее нажать, срабатывает подсознательный рефлекс. И получается так, что разработчики некоторых программ определяют совсем другую функциональность для кнопок, с которыми пользователь знаком и не думает о том, что у неё совсем другая функциональность. Получается, что стандартизация элементов пользовательского интерфейса имеет и отрицательные стороны - пользователь зачастую даже не взглянет на надпись, которая находиться на той или иной кнопке. Получается что программа, в которой разработчики определи другие функциональность для кнопок, знакомых пользователю, переходит с категории утилит в разряд вредоносных программ. Если пользователь запустит описываемую программу в своей операционной системе и нажмёт не ту кнопку, то последствия могут быть не самыми лучшими, например, пользователь нажмёт кнопку с функцией форматирования жёсткого диска. Вот основные минусы графических интерфейсов:

Затруднена работа с несколькими окнами;

когнитивная перегрузка - на экране находится не только много не нужных элементов, но и главным образом тех, которые нужны, и на которых нужно в идеале одновременно концентрировать внимание;

применение сложных команд, например, при форматировании текста, требует знания что и где нажать, всего пути к нужному пункту меню, да еще и учета того, что сейчас нажато, или было нажато незадолго до этого;

большие трудности при смене общего стиля оформления системы;

двухмерность интерфейса накладывает определенные ограничения на размещение как документов, так и пиктограмм.

Но среди минусов есть большой плюс - это удобство. Ведь в графических интерфейсах можно реализовать то, что нельзя в остальных.

2. Особенности применения человеко-машинного интерфейса в промышленности

Раньше, когда ещё не было автоматизированных систем управления технологическим процессом, человеко-машинный интерфейс был довольно прост. Например, чтобы измерить уровень воды в резервуаре, человек который выполнял эту работу, брал линейку и измерял уровень воды. В данном случае интерфейсом служит сама линейка и шкала, расположенная на нём. Но с приходом прогресса в вычислительной технике, да и во многих сферах деятельности человека, человек стал стремиться к автоматизации. Это желание понятно, ведь человек уже не мог физически управлять такими процессами, как ядерная реакция, так как человек просто не успеет из-за своей реакции отреагировать на процесс. Если же выше описываемая ошибка с нажатием не той кнопки, могла привести лишь к форматированию жёсткого диска, то последствия такой ошибки в автоматизации промышленной сферы деятельности человека могут быть самыми печальными. Получается, что стабильная работа технологического процесса во многом зависит от разработчика человеко-машинного интерфейса к этому процессу, а не от диспетчера, который реагирует.

Для большего понимания особенностей применения человеко-машинного интерфейса в промышленности следует понять, что такое автоматизация. Автоматизация - одно из направлений научно-технического прогресса, применение саморегулирующих технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, существенно уменьшающих степень этого участия или трудоемкость выполняемых операций. Требует дополнительного применения датчиков (сенсоров), устройств ввода, управляющих устройств (контроллеров), исполнительных устройств, устройств вывода, использующих электронную технику и методы вычислений, иногда копирующие нервные и мыслительные функции человека. Наряду с термином автоматический, используется понятие автоматизированный, подчеркивающий относительно большую степень участия человека в процессе. Целью автоматизации является повышение производительности труда, улучшение качества продукции, оптимизация управления, устранение человека от производств, опасных для здоровья. Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи, поэтому решения стоящих перед автоматизацией задач обычно называются системами, например:

система автоматического управления (САУ);

система автоматизации проектных работ (САПР);

автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП).

автоматизируются такие сферы деятельности, как:

производственные процессы;

проектирование;

организация, планирование и управление;

научные исследования.

Раз при автоматизации появляются новые сложные устройства, значит нужно создавать такой интерфейс для этих устройств, который бы был простым, понятным и интуитивным для диспетчера. Получается, что главное в системе управления - это организация взаимодействия между человеком и программно-аппаратным комплексом. Обеспечение такого взаимодействия и есть задача человеко-машинного интерфейса (HMI, human machine interface). В современных автоматизированных системах управления технологическим процессом существует, как минимум, 2 подхода по реализации человеко-машинного интерфейса:

на базе специализированных рабочих станций оператора, устанавливаемых в центральной диспетчерской;

на базе панелей локального управления, устанавливаемых непосредственно в цеху по близости к контролируемым технологическим объектам.

Иногда эти два варианта комбинируются, чтобы достичь наибольшей гибкости управления. Но дальше речь пойдёт о первом варианте организации операторского уровня.

Аппаратно рабочая станция оператора (OS, operator station) представляет собой ни что иное как персональный компьютер. Как правило, станция снабжается несколькими широкоэкранными мониторами, функциональной клавиатурой и необходимыми сетевыми адаптерами для подключения к сетям верхнего уровня (например, на базе Industrial Ethernet). Станция оператора несколько отличается от привычных для нас офисных компьютеров, прежде всего, своим исполнением и эксплуатационными характеристиками (а также ценой 4000 - 10000 долларов).

Рис.5. Промышленная рабочая станция оператора системы SIMATIC PCS7 производства Siemens

На станции оператора устанавливается программный пакет визуализации технологического процесса. Большинство пакетов визуализации работают под управлением операционных систем семейства Windows (Windows NT 4.0, Windows 2000/XP, Windows 2003 Server). Программное обеспечение визуализации должно выполнять следующие задачи:

отображение технологической информации в удобной для человека графической форме (как правило, в виде интерактивных мнемосхем) - Process Visualization;

отображение аварийных сигнализаций технологического процесса - Alarm Visualization;

архивирование технологических данных (сбор истории процесса) - Historical Archiving;

предоставление оператору возможности манипулировать (управлять) объектами управления - Operator Control;

контроль доступа и протоколирование действий оператора - Access Control and Operator’s Actions Archiving;

автоматизированное составление отчетов за произвольный интервал времени (посменные отчеты, еженедельные, ежемесячные и т.д.) - Automated Reporting.

Человеко-машинный интерфейс в промышленности реализуется с помощью мнемосхем. Мнемосхема - совокупность сигнальных устройств и сигнальных изображений оборудования и внутренних связей контролируемого объекта, размещаемых на диспетчерских пультах, операторских панелях или выполненных на персональном компьютере. Информация, которая выводится на мнемосхему, может быть представлена в виде аналогового, дискретного и релейного сигнала, а также графически. На мнемосхемах отражается основное оборудование, сигналы, состояние регулирующих органов. Вспомогательный и справочный материал должен быть расположен в дополнительных формах отображения, с возможностями максимально быстрого извлечения этих вспомогательных форм на экран.

Выше описанный программный пакет визуализации технологического процесса называется SCADA - системой. SCADA (сокр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition) - диспетчерское управление и сбор данных. Термин SCADA-система используют для обозначения программно-аппаратного комплекса сбора данных. SCADA-системы являются основным и в настоящее время остаются наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности и энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных государственных структурах.

За последние 10-15 лет за рубежом резко возрос интерес к проблемам построения высокоэффективных и высоконадежных систем диспетчерского управления и сбора данных. С одной стороны, это связано со значительным прогрессом в области вычислительной техники, программного обеспечения и телекоммуникаций, что увеличивает возможности и расширяет сферу применения автоматизированных систем. С другой стороны, развитие информационных технологий, повышение степени автоматизации и перераспределение функций между человеком и аппаратурой обострило проблему взаимодействия человека-оператора с системой управления. Расследование и анализ большинства аварий и происшествий в авиации, наземном и водном транспорте, промышленности и энергетике, часть из которых привела к катастрофическим последствиям, показали, что, если в 60-х годах ошибка человека являлась первоначальной причиной лишь 20% инцидентов (80%, соответственно, за технологическими неисправностями и отказами), то в 90-х годах доля человеческого фактора возросла до 80%, причем, в связи с постоянным совершенствованием технологий и повышением надежности электронного оборудования и машин, доля эта может еще возрасти (Рис.6).

Характеристики

Список файлов ВКР