想象一下分布式控制系統（DCS）遷移項目的形勢：時間安排如期進行，新的系統供應商已經被選定了，并且已有系統集成商加入進來協助該項目的協調運轉。所有方面看起來都按部就班；直到用戶的運營經理在項目進度會議上扔下一枚炸彈。

“我們內部已經討論了整個形勢，” 運營經理說道， “我們對這個系統很感興趣，不過我們有一個主要的顧慮。正如我們都同意的，我們要避免對生產造成任何損失，因此需要做一個熱切換。不過我們上級的管理層擔心操作人員。根據與我們的人機界面（HMI）設計團隊的討論來看，我們不愿意因為新系統啟用而開展大規模的培訓計劃。我們希望保留并重復使用現有系統的HMI屏幕和畫面，因此所有的操作人員都會從一開始就了解系統是如何工作的。這樣會減少所需要的培訓，并避免了操作人員支持項目所產生的問題。”

DCS供應商的代表和集成商的項目負責人互相交換了眼色。集成商說：“我明白你們想要做什么，不過我不認為你的建議是可行的，甚至最終結果不會令人滿意。”

不能只看眼前的得失，集成商接著說：“設想一下，許多你的HMI屏幕的最初安裝時間要追溯到20多年以前。當然，有一些也更新過了，不過那些是微小的改動，而且僅僅是為了滿足設備配置的變更，并不是為了新的控制策略。雖然它們在現有的系統中還能正常工作，但實際上它們并不是很好。要想將它們與新的平臺整合在一起，需要大量的定制代碼編制工作，但是卻沒人在預算中考慮這部分。”

沒有人反駁他的發言，集成商接著更多地闡述他的觀點， “這種想法也是很短視的” 。運營經理對此嗤之以鼻，可是集成商并不擔心：“你希望現在不進行培訓，那會將你置于不能實現新系統所能帶來的許多益處的境地。這樣的決定現在就會產生更多成本，并且在未來的多年時間里繼續困擾你。如果你現在不克服困難進行培訓，你會為此后悔。也許不在今天，也許不在明天，不過會很快，并且貫穿系統的整個生命周期。”

“操作人員需要經過培訓，他們需要時間去了解如何讓升級后的工廠順暢的運行。”

用正確的方式去升級

這件事情的雙方都有著合理的觀點。一套DCS的遷移需要考慮周全，并且可能因為執行不好產生各種各樣的問題，特別是在要引入新的平臺的情況下。培訓就是一個重大的問題，需要仔細應對。如果操作人員不知道如何進行正常運行維護，更不用說設備單元啟動、修正工藝故障或其他異常狀況，那就會產生災難。集成商負責人闡述了同樣重要的觀點，經歷完整的遷移或重大升級所帶來的痛苦和煩惱而拒絕擁抱所有的好處是令人遺憾的。

想象一下一家公司已經有30年沒有升級其辦公室設備了。所有的人員還都使用基于DOS的WordPerfect 4.0 的IBM PC XT以及字輪式打印機，選用的原因是它們看起來像打字機打出來的文字。沒有電子郵件，沒有互聯網。當升級最終來到的時候，用戶會堅持將今天的微軟Word軟件及其所有的圖形功能改造成與老的系統看起來相似嗎？

新的控制平臺在其與操作人員互動的性能方面帶來很多提升，最起碼他們可以與之互動。提升本身不是自動實現的，不過實現這些提升的方式是自動化的。

更人性化的HMI界面

操作人員在控制室內看的屏幕是他們與工藝過程連接的窗口。他們很少走出控制室，到機組中去看設備，也沒有其他方式了解在那些管道和容器里發生了什么。回到20或30年前，HMI設計者認為操作人員的屏幕應該看起來像工藝流程圖（P&ID）因為那就是人們構想流程的方式。在關鍵點處插入文字框顯示特定的過程變量值，設計就是這樣。

一些聰明的人會意識到人為錯誤和安全事故之間的聯系，并質疑那個方式是否真的有效。他們開始針對操作人員應該了解如何控制流程提出各種問題。伴隨著異常狀態管理（ASM）和操作性能中心這些組織識別出什么才是保持工藝單元平穩運行所需的措施，態勢感知的概念出現了。隨著對操作員工作需求的更深入的了解，操作員界面的外觀和功能設計也發生了改變，。

讓DCS的升級順利實施

承接下這樣一個項目需要在設計階段進行很多分析工作。查閱由專業機構提供的建議是一個好的開端。操作人員和創建新系統的設計人員需要逐個考慮現有的每個HMI屏幕，并仔細分析哪些還有用，哪些沒有用。是否所有的信息對于在同一個地方的執行功能都是必要的？兩個互相影響的變量是否可以同時顯示在一個屏幕上？在系統啟動或級別變更程序中，操作員需要花多少時間在不同的畫面之間來回切換？如果這些問題都考慮到了，事情就開始講得通了。

可是問題是，什么都需要時間。這類分析工作需要完成，它需要整合到新的系統中來，而且操作人員需要經過培訓，他們需要時間了解如何讓升級后的工廠順暢的運行。

缺少培訓的DCS遷移

對于那些不愿意因為遷移新DCS系統而開展大規模的培訓計劃的企業管理人員來說，一個具有大量記錄文檔的過程安全事故有助于他們了解事情的嚴重性。因為這個事故涉及了包括DCS和HMI的控制系統遷移，可是卻缺少足夠的操作人員培訓。2008年8月28日該事故發生在美國西弗吉尼亞學院的拜耳作物科學工廠里，當時該工廠的滅多威殺蟲劑生產單元內發生的化學品泄漏反應引起了裝有特定可燃溶劑的4500加侖的壓力容器爆炸。

事故造成兩人死亡，由于爆炸和隨后引發的燃燒了超過4個小時的火災，工廠受損嚴重。美國化學品安全理事會（CSB）對這個事故進行了調查，2011年1月所發布的調查報告的信息被本文所引述。報告的編寫很吸引讀者而且在許多方面都讓人覺得不安。其結論列出了五個引起爆炸的原因，其中的三項指向了工廠剛剛執行過的控制系統遷移項目，尤其以第二項擊中要害：“在新的分布式控制系統（DCS）下，操作人員沒有接受充分的操作滅多威生產機組的培訓。”

其他的關鍵因素包括：1）該工廠生產的殺蟲劑被季節性的使用在農業應用中，所以該公司一年只生產一次。該生產單元的閑置時間被用來進行設備維護，在這種情況下進行了控制系統升級。2）工廠里的兩個相關聯的分別生產拉維因和滅多威的生產單元相鄰布置，而且盡管兩個單元獨立操作，它們還是共享一個控制室。3）拉維因生產單元在一年之前也經歷了類似的DCS遷移。那次轉換一直工作正常，工廠里的每個人都對其實施過程表示滿意。4）安裝拉維因系統的集成商創建了一套全面的操作人員培訓計劃，包括花時間使用流程模擬器。在單元重新啟動之前，文檔記錄是完備的，而且操作人員充滿信心并且準備充分地切換到新的系統上。

在滅多威單元準備重啟的時候沒有具備上述的條件。CSB的報告中詳細的說明了問題所在：“管理層的結論是在滅多威工藝上采用全面的正規的培訓和操練不是必要的，他們錯誤地認為滅多威和肟板操作人員因為已經花費了很多時間使用拉維因單元的DCS而變得熟練。滅多威和肟板操作人員對于一些特定的流程接受了極少的培訓，并且是自己安排和掌握節奏。對于必要技能的不正規的、在職培訓可能會導致不正確的做法，尤其是在缺少恰當的培訓工具和指導的情況下。” CSB的結論是培訓不夠。

報告指出升級過程遵循了正規的流程。操作人員參與了針對舊的HMI畫面的分析以及新畫面的設計，但與他們的假定相反的是，這個過程中投入的必要的專業水準并不夠。沒有足夠的培訓，其結果可以是災難性的。

“不要總是用挑剔的眼光看待重大的系統升級，而對帶來的好處視而不見。”

為什么需要高性能的HMI？

許多公司都尋求將基于異常狀態管理（ASM）的和其他高性能的人機界面（HMI）作為主要控制系統升級的一部分。這種做法最初出現在煉油和石化應用領域，后來推廣到其他垂直領域。

許多面對這種狀況的公司將這些項目稱之為“ASM 畫面”，不過這在很大程度上混淆了觀點。ASM的指導方針影響的是操作員畫面圖形的外觀，不過最重要的改進是優化操作員們對態勢感知相關聯的大量可視化分析，包括對工藝流程的不同要素的優先級排序。其目標是將操作員需要看的內容做到最顯眼。在有問題的情況下，需要注意的事項會彈出來，因此下一步需要做什么才不會是問題。

要實現這樣的目標需要大量的工作，不過那些分析并擁護ASM概念的人們認為這些努力是值得的。實現這些所需要涉及的分析工作主要包括兩個方面：

第一，每一個操作原畫面都需要有一個目的，即一個目標。操作員在看著屏幕的時候需要了解什么內容？以及以何種方式顯示最好？了解操作人員是如何感知關鍵狀況的。

第二，需要有一套徹底的報警分析。這看起來可能違反直覺，不過知道什么情況需要有報警在很大程度上就明白了操作員需要了解什么。任何發出報警的項目都應該是重要的，并且需要操作員的關注。

有了這兩方面的共同作用，要確定如何與屏幕進行互動就是很簡單的一步了。許多流程上的因素也會從工藝過程中顯現出來，這有助于確定在不同的環境下，操作人員應該如何應對。

在實際情況下，了解這類項目的最大的限制條件是資源缺乏。利益相關方可能對最需要完成的事情有清晰的視角，不過可用的時間和資金方面總是受限的。永遠不可能詳細到每一個想要的畫面、每一步邏輯或每一個報警，不過這都不應該推遲需要實現的目標。即使從一開始，每件事情都不是最理想的，如果優先級別設定合理，仍然可以實現巨大的改進。人為錯誤的多少是導致麻煩的最大因素。

許多年前在過程工廠里面工作的操作人員依然記得，在距離設備很近的地方控制一套工藝流程的工作情況。當操作人員點擊按鈕啟動一臺泵的時候，他們的感覺很清晰和直觀，因為他們聽到管道里的液體流動的過程中發出的聲音。如果操作人員在一個控制室內，對工藝過程的感知只能通過控制系統及其HMI，那么優化這些組件就顯得非常重要。（作者：Peter Welander）
編輯：hfy