Human Factor Design of a Control Room for Fleet Management using Underwater Drones in the O&G Industry - Use case scenarios for remote operations of UIDs criticizing functional allocation in IS0 11064.

Abstract

Bruk av undervannsdroner for inspeksjonsoperasjoner og -oppgaver på subsea anlegg har vist seg å være viktig for olje og gassindustrien. De er mer effektive og tryggere enn menneskelige dykkere, men er kostbare. I dag er droner koblet til et «top site» skip som er påvirket av de harde værforhold og krefter som finnes ute på havet, i tillegg til kontrakter og begrenset tilgjengelighet. Ved å plassere dokkingstasjoner for dronene på havbunnen vil det være mulig å fjerne støtte-båten og fjernstyre dronene fra et kontrollrom som er plassert på land. I tillegg vil dokkingstasjonen fungere som batterikilde for dronen og brukes til dataoverføring. Ved å plassere en flåte med UIDer på havbunnen til å gjennomføre inspeksjonsoppdrag, altså jobbe som vaktmestere ved å se etter ujevnheter og mønstre på det stasjonerte utstyret/instrumentene, vil en åpne for nye muligheter i sektoren, samtidig som en reduserer kostnader og ivaretar HMS.

Design av et kontrollrom for dette behovet er et komplekst problem. Problemstillingen er derfor sentrert rundt menneskelige faktorer og ISO 11064 Ergonomisk design av kontrollsentere, og fokuserer på funksjonsallokering mellom mennesker og maskiner. En funksjonsanalyse er gjennomført ved bruk av en kvalitativ metode hvor en intervjuet 10 stykker. Det har gitt flere nødvendige funksjoner og systemer for kontrollrommet og dets støttespillere, i tillegg til designspesifikasjoner. Analysen har også vist at for de tre ulike inspeksjonsoppdragene er det ulike behov og tidsmessige/timelige forhold for de ulike funksjoner/systemer som en trenger, i tillegg til at tildelingen av dem mellom menneske og maskin varierer basert på oppdrag/oppgaver og autonomi.

Resultatene, i lys av ISO 11064-1, viser at en dynamisk allokering av funksjonene må til for å få den nødvendige fleksibiliteten og skalerbarheten som systemet trenger. Dette er fordi dronene vil ha behov for ulik grad av autonomi når de gjennomfører de ulike inspeksjonsoppdragene og oppgavene i de tre tilfellene, og menneske-maskin-samspillet må være optimalisert for dette. Studien viser også at det er utfordrende å overføre data under vann mellom dronene og kontrollrommet, og at en prioritet av hvilken data som er nødvendig å ha i sanntid for kontrollromsoperatøren(e) som styrer flåten med droner, er viktig med tanke på sikkerheten. Intervjuene viser også at det er to strukturelle konsepter som er mulige når det gjelder den strukturelle organiseringen av kontrollrommet. Det som skiller de to typene er hvem som skal ha ansvar for kontroll/styring av dronene og/eller observasjon, ettersom proprietære kontrollrom er en mulighet. Dette påvirker også data-tilførselen og rutingen.

Med det økte fokuset på digitalisering i olje og gass-industrien har sammen med integrerte og fjernstyrte operasjoner, ser vi at bruken av et kontrollrom for flåtestyring av UIDer som utfører inspeksjonsoperasjoner på subsea-installasjoner vil være et godt bidrag til behovene i bransjen. Derimot så trenges det mer (videre)utvikling av teknologien, spesielt på autonomi i forbindelse med å gi systemet nok tillit for å kunne opererer autonomt. Teknologien trenger også å modnes og være robust nok.

Using underwater drones for inspection operations and tasks on subsea facilities has shown to be useful for the oil and gas industry. They are more efficient and safer than human divers, but expensive. Today are the drones connected to a top-site vessel and it is affected by harsh weather and forces, as well as contracts and availability. Placing docking stations on the seabed makes it possible to remove the support vessel and remotely operate the drones from a control room placed onshore, as well as use the docking stations for power supply and data transfer. Placing a fleet of UIDs on the seabed performing inspection operations, working as janitors by looking for anomalies and patterns on the placed equipment/instruments, provides new opportunities for the sector, as well as reduces costs and improve HSE.

Designing a control room for this use is a complex problem. This project, therefore, centers the design around human factors engineering and ISO 11064 - Ergonomic design of control centers, focusing on function allocation between man and/or machine. A performed functional analysis using a qualitative method with 10 conducted interviews, has provided several necessary functions and systems for the control room and its support functions, as well as design specifications. The analysis has also shown that the three use-cases in focus, all have different needs and temporal conditions, along with autonomy, which affects the needed functions/systems, as well as the allocation of the functions between human and/or machine.

The results, in light of ISO 11064-1, show that a dynamic allocation of the functions is needed to get the necessary flexibility and scalability in the system(s). This is because the drones will have different degrees/levels of autonomy when performing the inspection operations and tasks in the three work processes, and the human-machine teaming must be optimized for this. The study also shows that there are difficulties in transferring data from underwater between the drones and the control room and that a priority of which data that is necessary to have in real-time for the control room operator(s) for controlling the fleet safely must be performed. The interviews also show that there are two main structural approaches/concepts when it comes to the structural organization of the control room. They primarily differ in who has the responsibility of the control and/or observation of the drones, as proprietary rooms are a possibility. This also affects the data streams and routing.

With the increased focus on digitalization in the oil and gas industry along with integrated and remote operations, we see that the use of a control room for a fleet of UIDs performing operations at subsea installations will be a good contribution to the needs in the industry. However, it needs further development of technology, especially on autonomy in regard to trusting the drones to operate autonomously. The technology also needs to mature and be robust.