Kroppsbåret informasjons- og kommunikasjonssystem.

Transkript

1 Prosjektbeskrivelse KIKS Kroppsbåret informasjons- og kommunikasjonssystem. -Tverrfaglig forskningsprogram ved NTNU Kroppsbåret informasjons- og kommunikasjonssystem er et samarbeidsprosjekt på tvers av teknologiske og ikke-teknologiske fagmiljøer ved NTNU. Prosjektet tar for seg samspillet mellom de teknologiske, menneskelige og organisatoriske aspektene for å tilpasse det kroppsbårne informasjons- og kommunikasjonssystemet til menneskets fysiske og psykiske begrensninger. Visjonen for et kroppsbåret informasjons- og kommunikasjonssystem er at operatøren i en prosessbedrift skal ha tilgang på all nødvendig informasjon uansett tidspunkt og sted, slik at dette utstyret overtar funksjonen for dagens sentraliserte kontrollrom. Et slikt bærbart kontrollrom består av en datamaskin, batteri, skjerm og kommunikasjonsutstyr som en del av utstyret operatøren bærer på seg. Problemstilling Prosjektet omfatter utvikling av en kunnskap og teknologi for en bærbar utrustning der en operatør i et industrianlegg kan ha med seg all den informasjonen som i dag finnes på forskjellige steder, rundt i anlegget. I dag finnes informasjonen i datasystemer, håndbøker, arkiver, permer ol. I framtiden kan informasjonen skaffes via kommunikasjon med datasystemer og andre medarbeidere, mens operatøren er på jobb i fabrikken. Operatøren må kunne stå i direkte kontakt med datasystemer for å hente fram informasjon og ha mulighet til påvirkning av de operative systemene. I dag må den samme informasjonen hentes i kontrollrommet og andre steder før en går ut i anlegget, noe som kompliserer og fordyrer drifts- og vedlikeholdsarbeidet, da en vanskelig kan vite hva en trenger før en har undersøkt problemet. Utstyret må være lett og ikke hindre operatørens primære oppgave. En industrioperatør i felt bruker vanligvis beskyttelsesutstyr som hjelm, briller, øreklokker og hansker, men det må ikke være noe forutsetning at han skal ha på seg dette. Operatøren må ikke hindres vesentlig i sine andre oppgaver, som kan kreve at han må ha begge hender og øyne fri, i tillegg til full mobilitet. I tillegg forutsettes det at det området hvor utstyret skal brukes kan inneholde eksplosjonsfarlige gasser, mye støy, støv og annen forurensning samt nedbør. En mulig teknisk løsning er en «databrille» der informasjonen fra datasystemene kan vises, mens andre mer futuristiske løsninger er direkte projisering inn i øyet fra en laserkilde. Ved bruk av tredimensjonale effekter og registrering av personens hånd/finger bevegelser, kan operatøren gi kommandoer til datasystemet uten de tradisjonelle betjeningsenhetene. Talegjenkjenning eller registrering av øyebevegelse er andre mulig konsepter for navigering i informasjonen. Talegjenkjenning og kommandering med tale er i dag mulig, men det er ofte sterke restriksjoner på bakgrunnstøy og strukturering av brukergrensesnittet for å få det til å virke skikkelig. I tillegg til dette trengs radio og telefonforbindelse for å snakke med andre, samt et lite videokamera som gjør det mulig å vise opptak fra arbeidsstedet til personell andre steder i bedriften. Dessuten bør utstyret ha en strekkodeleser eller bildegjenkjenning og Tor Onshus Teknisk kybernetikk 1

2 klassifisering, for å kunne identifisere og gjenkjenne forskjellig type utstyr. Ved bruk av dette utstyret, kan systemet halvautomatisk hente fram den informasjonen som trengs om det utstyret operatøren jobber med. På denne måten kan personer på forskjellig fysisk sted jobbe sammen om problemløsningen. I sin ytterste konsekvens kan en tenke seg anlegg uten kontrollrom, der samarbeidende operatører ute i anlegget med slikt utstyr gjør de samme arbeidsoppgavene som i dag gjøres fra kontrollrommet. Trådløs kommunikasjon er en forutsetning for å oppnå nødvendig mobilitet. For å komme fram til en vellykket løsning, må en kombinere fagfelt ihvertfall innenfor teknikk, organisasjon og psykologi. De tekniske løsningene må tilpasses menneskets muligheter og begrensninger samt de arbeidsoppgaver som skal gjennomføres. Dette stiller krav til utstyret, og begrenser sterk de løsninger som kan anvendes. Et industrianlegg uten et kontrollrom, der all beslutning tas desentralisert, er en videreføring av en del av de flate organisasjonene som innføres i industrien i dag. Tverrfaglighet, flerfaglighet og samarbeide blir helt vesentlig for å lykkes. Operatører som samarbeider uten at det er noen klar(fysisk) kommandostruktur blir en annen arbeidsform enn den de fleste kjenner i dag. I tillegg vil en miste det samlingspunktet som kontrollrommet er i dag, både faglig og sosialt. Bruksområde for KIKS Denne teknologien vil kunne brukes i mange ulike sammenhenger som: prosesstyring, vedlikeholdsarbeid, helsevesen, trafikkontroll, turistinformasjon, videokonferanse, bygg og anlegg, energidistribusjon, opplæring/undervisning både i klasserom og ute på arbeidsplassen, vann og avløp, arbeidsstøtte, prosedyrehåndtering, militære kommandosystemer, skips-kontroll og -inspeksjon og som hjelp til funksjonshemmede. Selv om bruksmulighetene er mange må dette prosjektet velge ut et bruksområder for å bli gjennomførbart, og i dette prosjektet har vi valgt prosessindustrien. Fagfeltet og metoder som trengs for å løse problemstillingen er så bredt, at spredning på mange anvendelser i tillegg ville gi et prosjekt som ikke lot seg håndtere. Tilpasning til andre anvendelser og behovet for tilsvarende utstyr er imidlertid absolutt tilstede. For lettere å kunne forstå hvilke arbeidsoppgaver en ser for seg at utstyret kan brukes til, har vi nedenfor beskrevet tre typiske oppgaver i så mye detalj at det framgår hvordan utstyret kan benyttes. Feilsøking på ventil En reguleringsventil ser ikke til å oppføre seg slik det forventes. Signalet fra styresystemet ut til ventilen viser at den skal være fullt åpen, mens en måling av strømningen gjennom røret viser at strømningen er mindre enn den skal være. Operatøren med det bærbare utstyret går derfor bort til ventilen for å begynne feilsøkingen der. I denne arbeidsoperasjonen ser vi for oss følgende interaksjon mellom operatøren og det bærbare utstyret: Operatøren identifiserer ved hjelp av utstyret hvilken ventil dette er. Dette skjer enten ved bildegjenkjenning av tag (LV 312) eller med strekkodeleser tilkoblet systemet. Han får da opp på sin skjerm de viktige data for denne ventilen fra styresystemet. Ved visuell inspeksjon ser han at styresystemet ønsker full åpning av ventilen (100%=20mA), mens ventilen fysisk bare står i midtstilling. Tor Onshus Teknisk kybernetikk 2

3 Han åpner tilkoblingen til ventilen og måler signalet som kommer til ventilen. Hvis han trenger veiledning i hvordan dette gjøres og hvor han skal koble seg til, så kaller han opp beskrivelsen på skjermen sin. Signalet til ventilen er ca 12mA, som stemmer med den observerte midtstillingen på ventilen. Feilen ligger derfor ikke i ventilen, men må bli introdusert mellom programvaren i styresystemet og ventilen. For å feilsøke i kablingen, tar han fram et koblingsskjema på skjermen for å finne rette koblingsboks og klemmer. Han fortsetter ved hjelp av denne dokumentasjonen feilsøkingen. Etter at feilen er funnet og rettet, legger operatøren inn nødvendig informasjon om det han har gjort. Det kan også hende at han fant et generelt problem, som han korrigerte midlertidig, men at mer permanent løsning trengs. Dette rapporteres muntlig inn i systemet for senere behandling av driftsorganisasjonen. Rengjøring av tank Under en planlagt stans av anlegget, skal en tank tømmes og spyles. Tanken inneholder vanligvis en eksplosiv/brennbar væske, så før en kan jobbe inne i tanken, må den rengjøres. I denne arbeidsoperasjonen ser vi for oss følgende interaksjon mellom operatøren og det bærbare utstyret. Ved å identifisere tanken for systemet, får operatøren opp på skjermen status til tanken. Han ser at det er klart for at han skal kunne begynne, og kobler ut alle funksjoner som kan påvirke tanken, slik at bare han kan gå inn å aktivere dem igjen. Ved å følge en prosedyre på skjermen sin, og identifisere utstyr med strekkodeleseren, sørger han først for at tanken er helt tom, deretter spyler han tanken med nitrogen for å fjerne eksplosive og giftige gasser. For å spyle tanken, må han operere flere manuelle ventiler i riktig sekvens. Han veiledes gjennom dette av prosedyren, og kvitterer med strekkodeleseren på det utstyret han skal operere. For å komme videre i prosedyren, må han tilkalle en annen operatør, da de av sikkerhetsgrunner alltid må være to før mannhullet åpnes. Han kaller opp på den integrerte radioen den av de andre som er nærmest, og denne kommer. Den andre kvitterer på utstyret at han er der, og vår operatør kan åpne tanken. Etter å ha foretatt visuell inspeksjon, målt gasskonsentrasjonen og sørget for god ventilasjon, klarerer operatøren den oppgaven som elektriker og mekaniker skal gjøre med varmekolbe og røreverk inne i tanken. Disse arbeidsoppgavene legges da automatisk i køen av de oppgaver som disse får opp på sine skjermer. Testing av gassdetektor Som del av det periodiske vedlikeholdet skal det testes at gassdetektoren reagerer som forutsatt ved å tilføre den testgass gjennom en fastmontert slange. I denne arbeidsoperasjonen ser vi for oss følgende interaksjon mellom operatøren og det bærbare utstyret. Operatøren identifiserer detektoren overfor systemet med strekkodeleseren, og får opp nødvendig informasjon fra Brann og Gass (BG) systemet på skjermen. Tor Onshus Teknisk kybernetikk 3

4 Han kobler ut detektoren for testing, slik at det ikke blir alarm og aksjon, mens han tester. Han tilfører testgass og leser av det utslaget som BG oppfatter, og godkjenner overfor systemet at dette er innenfor de grenser for verdier og responstid som forventes. Verdien lagres for å kunne brukes for senere sammenligning og dokumentasjon. Han kobler fra testgassen, og sjekker at detektoren kommer tilbake til normal verdi på den fastsatte tid. Deretter kobler han detektoren inn igjen. Hvis operatøren forlater detektoren uten å koble den inn igjen, får han opp en alarm i øreklokkene, og en stemme som sier at han må koble den inn igjen. Arbeidsoppgaver i prosjektet En ser her for seg svært mange aspekter i tillegg til de rent tekniske. En trenger fagkompetanse på en rekke andre områder for å få brukervennlige og nyttige løsninger En ser for seg at det rent tekniske utstyret finnes eller forholdsvis enkelt kan lages etter spesifikasjon, og en vil konsentrerer seg om oppførsel, krav og virkemåte for utstyret, tilpasset mennesket. En del av de andre områdene som en kan tenke seg å bearbeide nærmere er listet opp nedenfor: Betjening av bærbart datasystem med fullt beskyttelsesutstyr Nye former for presentasjon av informasjon Utviklingsmetodikk for brukergrensesnitt Nødvendig maskin og programvare for å integrere utstyr Tale, telefoni i støyfulle omgivelser Talegjenkjenning, talesyntese og styring Operasjon ved hjelp av øyebevegelse Effektiv gjenfinning og gjenbruk av informasjon Koordinert samarbeide mellom flere operatører for å løse felles oppgave Psykisk og fysisk påkjenning ved å bære slikt utstyr en hel arbeidsdag Organisasjonsutvikling for distribuert beslutning Kognitiv psykologi/persepsjon Kognitive krav til utstyr og betjening Psykososialt arbeidsmiljø Stress, Helse, Miljø, Sikkerhet Arbeidsmedisin Design Problemstillingen karakteriseres ved at de ikke kan behandles i tilstrekkelig bredde og dybde uten at den forankres i både teknologiske og ikke-teknologiske fagmiljø. En er avhengig av et Tor Onshus Teknisk kybernetikk 4

5 sterkt internnettverk mellom personer og miljøer for å kunne teste ut alle aspekter av denne form for ekstrembruk av IKT 1. Innenfor de tre hovedområdene (mennesket, organisasjon og teknologi) som berøres av dette prosjektet er utviklingen svært forskjellig. Informasjonsteknologien utvikler seg lynraskt Samfunnets behov for nye løsninger ser ut til å øke raskt Menneskets fysiske utvikling blir i denne tidsskala neglisjerbar Dette prosjektet inngår i en slik utvikling og kan endog påvirke den, og gi økt kunnskap og produkter som kan gi økonomisk gevinst både innenlands og gjennom eksport av produkter og kunnskap. Mot dette må det veies om en fremmer en ønskelig utvikling i forhold til menneskeorganismen og samfunnsutviklingen. Denne type tekniske løsninger skaper nye skiller mellom dem som behersker det og ikke, samtidig som det også kan hjelpe nettopp personer som i dag faller utenfor på grunn av forskjellige handikap. Tekniske ressurser erfaringer Styrkeområdet ASPIC (Applied Signal Processing in Communication) ved ET-fakultetet og SINTEF har bla. behandlet trådløs kommunikasjon for mobile enheter, talegjenkjenning og video overføring. Ved Institutt for teknisk kybernetikk er det etablert et laboratorium for studier av menneskemaskin systemer, nye informasjonsformer og bruk av virtuell virkelighet. Utrustningen består av PC-er, Unix og SGI arbeidsstasjoner, en storskjermløsning og annet utstyr og programvare for utvikling av brukergrensesnitt, 3D grafikk og interaktiv visualisering, datakommunikasjon/fjernbetjening, datastøttet opplæring, multimedialøsninger, videokonferanser, prosesstyring og web-teknologi for betjening av prosessimulatorer, virtuelle prosesser og prosesstyring. I prosjektoppgaver og diplomarbeider har en de siste to årene hatt en rekke arbeidsoppgaver på disse områdene knyttet til utviklingsarbeider for Statoil (Heidrun, Troll, Åsgard og F&U). En dr.ing student er også knyttet til bruken av dette laboratoriet. Ved Psykologisk institutt har en laboratoriefasiliteter for registrering av øyebevegelser og bevegelsesstudier generelt. Arbeidsplan For å gjennomføre prosjektet vil en, måtte spille på de fleste av de kategorier av personell en har: Professorer, studenter, stipendiater, postdoc etc. I prosjektet (4 år) vil en jobbe med de prioriterte forskningsoppgavene, som grovt kan grupperes på følgende måte: Bruk av tale og øyebevegelser for styring og navigering frigjør hendene til andre oppgaver, men disse teknikkene stiller samtidig andre krav til utformingen av brukergrensesnittet enn tradisjonell bruk av mus og tastatur. 1 IKT - Informasjons og Kommunikasjon Teknologi Tor Onshus Teknisk kybernetikk 5

6 Informasjonen som presenteres for operatøren må være nøye utvalgt og organisert for å tilfredsstille de menneskelige begrensningene som f.eks. evnen til å oppfatte store informasjonsmengder og til å gjenkjenne informasjon. Et kroppsbåret informasjons- og kommunikasjonssystem stiller nye krav til organisasjonen når det gjelder ansvarsfordeling, nye arbeidsoppgaver, opprettholdelse av faglige og sosiale nettverk samt arbeidsmiljø og sikkerhet. En vil i prosjektet angripe disse problemstillingene på følgende måter: Forskning innen de prioriterte områder for å videreutvikle egen kompetanse inn mot anvendelsen (bottom up) Integrasjonsaktiviteter, der anvendelsen står i fokus og kunnskap fra de enkelte delområder integreres i en totalløsning (top down) Uttesting av ideer og konsepter i krevende industrianvendelser (prototyping) Den integrerte løsningen må imidlertid alltid være målet. Samarbeidende miljøer Teleteknikk (Torbjørn Svendsen, Torbjorn.Svendsen@tele.ntnu.no, 92674) Psykologi (Ivar Bjørgen, Ivar.Bjorgen@sv.ntnu.no, 91969) Psykologi (Per Øystein Saksvik, Per.Saksvik@sv.ntnu.no, 50330) Teknisk kybernetikk (Tor Onshus, Tor.Onshus@itk.ntnu.no, 94388) Det finnes også internasjonal aktivitet (CMU, MIT) og nasjonalt (IFE/Halden, SINTEF, Telenor, Ericsson, DNV) på området, og interesse fra forskjellige leverandører (Bailey, Valmet, Boeing, Daimler-Benz) og sluttbrukere (Norsk Hydro, Statoil). En har tatt kontakt mot disse miljøene, for å opprette en prosjektgruppe/ referansegruppe som kan bidra til at vi får et vellykket prosjekt. De jobbes også sammen med de samme firmaer med tanke på å søke EU s 5. Rammeprogram om midler innen det samme området. Budsjett En har fra NTNU fått tilsagn om 1.4 MNOK pr. år i 3 år med oppstart Dette beløpet dekker bare utgifter til de 4 planlagte stipendiatene/post.doc,. så det må paralellt jobbes med å skaffe ekstra finansiering til utstyr og uttesting av konseptene. For å dekke de nødvendige midler for å få gjennomført prosjektet, vil en jobbe med ekstra finansiering gjennom for eksempel EU s 5. rammeprogram Tidsplan 4 Doktorgradsstipend/forskere -midlertidige stillinger innen tverrfaglig satsing ved NTNU, er utlyst med søknadsfrist Ansettelse søkes avklart i løpet av året, slik at vi kan komme i gang fra Tor Onshus Teknisk kybernetikk 6

7 Organisering Det er en forutsetning for å lykkes med dette prosjektet at de forskjellige personen jobber sammen og er åpne for inntrykk fra andre miljøer og fagfelt. For å hjelpe på i denne prosessen, ser vi for oss at det bør være felles fag (ledet selvstudium) for dr.gradsstudiene, arbeidsmøter, bedriftsbesøk/møter med jevne mellomrom. Kontaktperson Professor Tor Onshus Institutt for teknisk kybernetikk 7034 Trondheim tlf: fax: Tor.Onshus@itk.ntnu.no Tor Onshus Teknisk kybernetikk 7