Suomen Automaatioseura ry MÄN 1/1 Björn Wahlström VTT AUTOMATIONEN OCH MÄNNISKAN Inledning Kritiker har ibland fört fram automationen som en motsats till människan. En yrkesman inom automationsområdet vet dock att automation alltid konstrueras på människans villkor. Beroende på tillämpningen kan automationens uppgift t.ex. vara att befria människan från ett enformigt övervakningsarbete eller att ge människan nödvändig information och nödvändiga verktyg för att klara av en krävande styrningsuppgift. Automation kan också användas för att skydda användare av maskiner för farliga situationer genom att vid behov begränsa vad maskinen kan göra. Människan använder automatiska system, människor behövs för att underhålla automationen och automationsplanerarna är människor. Från automationens historia kan man dock hitta många exempel på dålig konstruerade automationssystem, som inte bara har fått sina användare att rasa av ilska, utan även har föranlett olyckor och förlust av människoliv. Man har lärt sig av dessa erfarenheter och automationslösningarna har kontinuerligt förbättrats, så att man idag med god planering kan undvika de fel man gjorde tidigare. Reglering och styrning av system Människan har sedan förhistorisk tid ställt upp mål och iakttagit sin omgivning för att kunna välja åtgärder och handlingar som gynnar målen. Detta är också grundprincipen i alla automatiska styr- och reglersystem. Från de första enkla styr- och reglersystemen har man med tiden konstruerat alltmera komplicerade system, med vilka man idag sköter viktiga funktioner i samhället. Naturens system I en förhistorisk värld hade människan bara de enkla verktyg hon själv lyckades tillverka i samarbete med andra i ett mycket litet samhälle. Då riktades önskan att behärska och styra i främsta rummet mot naturen. Målsättningen var oftast mycket enkel, man ville få mat och värme. De första systemtillämpningarna skedde inom husdjurskötsel och jordbruk. För att kunna utnyttja dessa innovationer på bästa sätt måste man förstå hur systemen fungerade. Under många århundraden allt eftersom erfarenheterna ackumulerades märkte människan att vissa sätt att styra och reglera var bättre än andra. Den kunskapen blev sedan en drivkraft för utvecklingen och utvecklingen gav igen mera kunskap som kunde utnyttjas. Småningom blev kunskap en viktig faktor i konkurrensen mellan olika samhällen. Systemen som människorna byggde upp blev småningom allt mera komplicerade och de användes i en ökande utsträckning för att styra naturens system. Suomen Automaatioseura ry, Asemapäällikönkatu 12 B, 00520 HELSINKI puh: 0201 981 220, fax: 0201 981 227, sähköposti: office@atu.fi, www.automaatioseura.fi
Suomen Automaatioseura ry MÄN 2/2 Artificiella system Artificiella system eller de system som människan bygger har alltid något ändamål eller någon uppgift, trots att dessa ibland kan vara dunkla utom för den person som byggt systemet. En lyckad konstruktion betyder att systemet uppfyller sitt ändamål på ett bra sätt. Under mänsklighetens utveckling har man lärt sig av de system som byggts och man har fått nya idéer hur de kan förbättras. Ett exempel på system som byggts av människor är akvedukterna och vattendistributionssystemet i det antika Rom. Småningom blev systemen blivit allt mera komplicerade och det blev svårare för enskilda människor att behärska alla detaljer. Det ledde sedan till att systemen byggdes av flera konstruktörer, som var och en specialiserade sig på olika delar av systemen. Idag syns specialisering i samhället som ett mycket stort antal olika yrken där alla har sina egna kunskapsområden. Systemplanering När något system planeras idag sker det vanligen som samarbete mellan flera människor. En person eller grupp ansvarar för ett delsystem, en annan för ett annat. Hur ett system uppdelas i delsystem är en överenskommelse, som påverkas av deltagarnas intressen och kompetens. Man måste dock se till att det finns någon som kopplar ihop de olika delsystemen så att man får en fungerande helhet. När ett system konstrueras måste man se på dess egenskaper från många olika synvinklar. För ett produktionssystem kan man t.ex. ställa krav på produktens pris, kvalitet, råvaror, miljöbelastning osv. Konstruktionsuppgiften kan bli en stor utmaning, i synnerhet för att kraven man ställer kan ofta vara motstridiga. En viktig faktor som man bör beakta när man konstruerar ett system är dess användargränssnitt. Om användargränssnittet inte fungerar oklanderligt så blir det svårt för användaren att utnyttja systemet till fullo. Ibland händer det att man byter ut en del av systemet mot något som fungerar bättre. Då är det speciellt viktigt att man ser till att användargränssnittet fortfarande fungerar efter ändringen. Systemanvändare De system, som konstrueras kommer att ha flera olika grupper av användare. Den första gruppen av användare kommer i beröring med systemen i sitt dagliga liv. För det andra behöver systemen en kontinuerlig övervakning och människor som reagerar när något ovanligt inträffar. Sist men inte minst behöver systemen personer som kan underhålla dem och vid behov föra in ändringar. Alla dessa användare behöver sina egna specialiserade användargränssnitt för att kunna arbeta på ett effektivt sätt. Om användargränssnittet är gjort så att användarna inte de förstår hur systemet fungerar kan de inte utnyttja automationen på ett önskat sätt.
Suomen Automaatioseura ry MÄN 3/3 Manuell och automatstyrning Många system kräver av olika orsaker en direkt manuell styrning. Det har man bl.a. i transportsystem, t.ex. bilar, båtar och flygplan. Manuell styrning behövs också i många produktionssystem när automatstyrning av en eller annan orsak inte kan användas. Man försöker speciellt automatisera funktioner där det är frågan om enformiga rutinmässiga arbeten som kräver stor påpasslighet. Valet mellan manuell och automatisk styrning kan ibland vara svårt för konstruktören. Konstruktören måste beakta människans förmåga att lära sig en svår styruppgift och ta hänsyn till människans behov att få omväxling och pauser i arbetet. Samtidigt måste konstruktören förstå de krav systemet ställer på effektivitet och säkerhet för människor och miljö. Denna konstruktionsuppgift löser man ofta så att människan och automatiken tillsammans svarar för systemets styrning. Operatören kan koppla på automatiken och automatiken kan med ett alarm meddela när operatören behövs för att reda ut en störning. Övervakande styrning Samverkan mellan människa och automation har i stora system utvecklats så att människans uppgift närmast är övervakande. Då är det inte mera fråga om att hålla enskilda storheter inom deras tillåtna områden med tillhjälp av manuell eller automatisk styrning, utan målet är att se till att automation och system samverkar på ett för helheten bra sätt. Människans uppgift blir då mera avlägsen och hon ingriper endast då något oväntat händer. Uppgiften blir ännu mera komplicerad om operatören måste övervaka flera system samtidigt. Detta sker speciellt inom transportsystem, men också i vissa produktionssystem. Ett exempel på sådana sammankopplade system är flygtrafiken, som består av flygledningen och alla de flygplan som får order om riktning, höjd och hastighet. I detta system observerar flygplansbesättningen med sin egen utrustning viktiga tillståndsvariabler som position, höjd, hastighet, bränslenivå, osv. Flygledningens uppgift är att hålla reda på var alla flygplan finns och förhindra att de kolliderar med varandra. Dessutom krävs, för att systemet skall fungera som en helhet, att radio och radar fungerar och att informationen presenteras för flygledningen, vilket i sin tur kräver elektricitet osv. Användargränssnitt System som består av flera olika delsystem och styrs av olika operatörer behöver flera olika användargränssnitt. För att planera användargränssnitten behövs ett speciellt kunnande, som kallas för ergonomi. Detta kunnande kräver en god insikt både i automationsteknik och i människligt beteende. Inom ergonomin undersöker man bl.a. arbetsfördelningen mellan människan och automationen, hur kontrollpaneler och kontrollrum skall utformas, osv. På senaste tid har man inom ergonomin i stor utsträckning koncentrerat sig på hur man skall utforma samarbetet mellan människor och datorer. Det hänger ihop med att datorer har blivit allt vanligare i styrningen av de flesta system. En speciell uppmärksamhet har riktats mot hur man med tillhjälp av datorer kan ge operatörerna en noggrannare och mera lättförståelig situationsbild av det styrda systemet. När systemen blir mera komplicerade betyder detta att man samtidigt måste förmedla både en helhetsbild och detaljer från alla delsystem.
Suomen Automaatioseura ry MÄN 4/4 Systemplanering, ett sätt att skapa en helhet Genom att beakta systemet och användaren som en helhet försöker man försäkra sig om att de under hela systemets livstid kan uppfylla sin tänkta funktion på bästa sätt. Att bryta ner denna målsättning i delmålsättningar på ett sådant sätt, som man gör när man konstruerar systemet är en krävande uppgift. För att automationsplaneringen skall nå ett önskat resultat krävs att systemet som skall styras är definierat i tillräcklig detalj. Samtidigt ger automationsplaneringen ofta nya möjligheter, som kan beaktas när helheten planeras. I praktiken sker ofta automations- och systemplaneringen parallellt så att helheten småningom blir definierad. Arbetsfördelning mellan människan och automationen En målsättning i automationsplaneringen är att uppnå en optimal arbetsfördelning mellan människan och automationen. Tidigare bestämdes denna arbetsfördelning vanligtvis av praktiska analyser. Apparaterna som användes för de automatiska styrfunktionerna var begränsade och kunde inte användas för mera komplicerade ändamål. Idag gör effektiva datorer att detta hinder håller på och försvinner. Trots det finns det ännu idag flera uppgifter där människan fortfarande är överlägsen jämfört med automation. Förenklat kan man säga att automationen underlättar människan arbete genom att erbjuda artificiella sinnen (mätningar) och muskler (drivdon). Människan svarar då för beslut på en högre abstraktionsnivå där helheten optimeras. Mänskligt felhandlande Många olyckor skylls ofta på mänskligt felhandlande, men när man granskar dem närmare ser man att grundorsaken oftast är dåligt planerade system. Under utvecklingens gång har man börjat förstå värdet av väl konstruerade system. Denna erfarenhet har delvis erhållits genom dåliga erfarenheter. De första maskinerna förorsakade ofta yrkessjukdomar och olyckor. Genom en bättre planering och genom att ta i bruk olika skyddsfunktioner har man radikalt kunnat minska och ibland till och med avlägsna dessa. En motsvarande utveckling har man även kunnat se inom automationsplaneringen. Ett vanligt planeringsfel som uppträdde ännu en gång, var när ett JAS flygplan störtade i centrum av Stockholm under en flyguppvisning för några år sedan. Problemet var en situation där automationen och piloten hade olika uppfattningar om vad som var rätt styrstrategi. Kärnkraftolyckan i Harrisburg där reaktorn förstördes visade igen på hur viktig en ändamålsenlig kontrollrumsutformning är och hur viktigt det är att operatörerna har bra instruktioner och en bra utbildning. Olyckan där rymdskytteln Columbia förstördes vid inträdet i atmosfären, påvisade igen betydelsen av en medveten säkerhetsplanering när man konstruerar komplicerade system. En harmonisk arbetshelhet En viktig målsättning för system- och automationsplaneringen är att skapa en harmonisk helhet av arbetsuppgifter för de personer som arbetar med systemen. Det kan man åstadkomma med automationsplanerarens yrkesskicklighet och genom att sätta
Suomen Automaatioseura ry MÄN 5/5 människan i centrum för planeringen. En lyckad slutprodukt kräver uppfinningsrikedom och flexibilitet när man fördelar arbetsuppgifterna mellan automationssystemet och de människor som arbetar med det. Forskning inom ergonomi har väsentligt förbättrat kvaliteten hos användargränssnitten. Ett bra användargränssnitt bygger på en harmonisk arbetsfördelning mellan människa och maskin. Dagens forskningsarbete riktas mycket mot så kallad kognitiv ergonomi, d.v.s. att människor genom användargränssnittet förstår hur systemet fungerar och hur arbetsuppgifter och -skeden kan fogas samman till en fungerande helhet. Den tekniska utvecklingen har idag gjort det möjligt att trådlöst och oberoende av plats styra tekniska system och detta faktum är ytterligare ägnat att poängtera ergonomins betydelse. De s.k. sporadiska användarna har visat sig vara speciellt viktiga och för dem måste användargränssnitten göras enkla och intuitivt lätta att förstå. Automationen och samhället I det moderna samhället inser man att mången teknisk innovation har blivit möjlig genom automationen. Människornas nuvarande levnadsstandard bygger i stor utsträckning på automationen och i framtiden kommer dess betydelse sannolikt att öka. För att garantera att utvecklingen går i en önskvärd riktning måste man dock hela tiden utveckla förståelsen av både människan och automationen som delar i en helhet. Automationen gör saker möjliga Automationen har ur enkla regler- och styrsystem utvecklat sig till en komplicerad teknologi, som för de flesta är ganska obekant. Automatiserade instrument gör att man kan observera platser dit människan inte kan nå. Man kan visa och åskådliggöra sådant som människan varken kan se eller känna. Med automatiska apparater kan man manipulera objekt som antingen är för små eller för tunga för människans hand. Informationssamhället, som idag diskuteras i många sammanhang, skulle inte ha varit möjligt att bygga utan automation. Samtidigt erbjuder informationssamhället automationen många nya möjligheter. Automationen har möjliggjort bra och billiga produkter. Man kan bygga upp miljövänliga produktionssätt med automation och automationen bidrar till att spara resurser. Automationen är en viktig faktor när man bygger in säkerhet i dagliga bruksföremål och i de system vi använder i samhället. Automation används även för olika typer av fritidsverksamheter och till och med i många spel och leksaker. Automationens framtid Under utvecklingen av automatiska system har man ofta varit rädd för att arbetsplatser skall försvinna. Denna rädsla har många gånger visat sig obefogad i och med att flera nya arbetsplatser samtidigt skapats då några gamla har försvunnit. Man kan till och med påstå att utvecklingen i länder, som anammat den nya teknologin och utnyttjat den på ett balanserat sätt, har varit snabbare än i länder där detta inte har skett. Idag kan man till och med påstå att en uppgift som man kan automatisera på ett förnuftigt sätt knappast mera kan anses vara en uppgift som människor bör utföra.
Suomen Automaatioseura ry MÄN 6/6 För att föra automationsutvecklingen framåt på ett balanserat sätt krävs många saker. För det första måste man inom automationens område ha fiffiga och kunniga människor. De måste ha ett vetande som täcker många olika områden och som omfattar en lämplig mängd matematik, fysik och psykologi. Dessa människor måste ha ett äkta intresse för att planera och konstruera automatiska system människor kan använda och utmaningen är flera gånger att göra det omöjliga möjligt. Om vi kan säkerställa att sådana människor finns har vi endast sett början på allt vad vi kan göra inom automationens område.