[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字化人機界面的核電站安全操作評價方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210362309.6
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102915512A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田秀峰;姜興偉;周彧;俞光衛(wèi);田暉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種基于數(shù)字化人機界面的提高核電站安全操作的評價方法，屬于核電站安全、概率安全分析（PSA）和人因工程（HFE）活動技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著計算機、自動化等技術(shù)的發(fā)展和可靠性的提高，現(xiàn)代核電廠數(shù)字化I&C系統(tǒng)和人機界面的應(yīng)用使得減少電站瞬態(tài)、非預(yù)期停堆和強制停堆、提高電站的可用性和安全性成為可能，同時也使得提高運行和維修效率、降低運行成本成為可能。目前，國際上在建核電廠絕大多數(shù)均采用數(shù)字化I&C技術(shù)，很多已建核電廠的常規(guī)控制系統(tǒng)和主控制室已經(jīng)進行了或計劃進行數(shù)字化改造。數(shù)字化I&C技術(shù)的應(yīng)用以及數(shù)字化人機界面的設(shè)計成為發(fā)展的主流。例如，《核電廠數(shù)字化I&C系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展策略》（《核動力工程》2002年S1期）中提到了在核電廠實現(xiàn)數(shù)字化I＆C系統(tǒng)等內(nèi)容。

數(shù)字化人機界面的控制室設(shè)計，要求從人因工程的角度，優(yōu)化人機界面設(shè)計，以提高操縱員行為績效，減少人誤發(fā)生，使電站處于安全監(jiān)控狀態(tài)。

通過分析國內(nèi)外數(shù)字化人機界面的相關(guān)研究文獻和對國內(nèi)數(shù)字化人機界面的調(diào)研，總結(jié)數(shù)字化人機界面大多具有以下特點：

計算機化操作員工作站緊湊布置，且具有多個顯示屏幕；

具有完善的監(jiān)控所需電廠信息的功能，并且根據(jù)功能需求，設(shè)計不同種類的綜合畫面，來支持操作員的情景認知和決策；

軟控制，許多電站的控制動作可以在計算機屏幕中進行；

顯示方式多樣化，包括列表、圖標(biāo)、畫面、聲光等；

具有大屏幕動態(tài)顯示，為主控制室內(nèi)所有成員提供了一個統(tǒng)一的情景認知平臺；

先進的報警系統(tǒng)，可以對報警信號進行組織、優(yōu)化和處理；

計算機化規(guī)程，操縱員可以根據(jù)規(guī)程指引干預(yù)電站操作，使操縱員執(zhí)行任務(wù)的過程發(fā)生變化；

智能輔助作用提高，包括報警處理、電廠監(jiān)測、規(guī)程跟蹤等方面；

自動化水平的提高，增加了操作員系統(tǒng)監(jiān)控的作用，減弱了其系統(tǒng)操作的作用。

與常規(guī)模擬盤臺的主控制室人機界面相比，數(shù)字化人機界面有許多顯而易見的優(yōu)勢，例如可以將多種信息以不同的方式進行顯示或整合，為操作員提供關(guān)鍵的信息。這種計算機化信息顯示方式減少了操作員的工作和認知負荷，使得操縱人員能夠快速把握電站的整體狀態(tài)。

同時，數(shù)字化人機界面也對人員績效帶來一些不利因素，例如：

·窗口或畫面顯示數(shù)量的限制，使得操作人員不能用快速眼睛掃描的方式和固定的模式識別獲得信息，而是需要經(jīng)過多次選擇或打開多個窗口才能獲得所需要的顯示；

·界面操作增加了操作員的認知負荷（如打開、定位和調(diào)整窗口），管理界面與操作員的處理的主要任務(wù)無關(guān)，但會分散操作員的注意力；

·鑰匙孔效應(yīng)，操作員過分關(guān)注少量信息，而忽視了“整體畫面”；

·盡管采用先進報警系統(tǒng)，但是電廠瞬態(tài)時出現(xiàn)的報警數(shù)量仍然較多，可能會影響操縱員對于重要報警的掌握；

·計算機化規(guī)程提供的規(guī)程窗口較窄，不利于操縱員對規(guī)程的全面了解；

·計算機化的系統(tǒng)也增加了控制任務(wù)的總體復(fù)雜度。操作員有時候不能完全理解、掌握計算機系統(tǒng)正在進行的處理；

·自動化帶來操作員的應(yīng)激降低，使得他們發(fā)現(xiàn)異常的能力降低。

上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷為核安全工作帶來了一定的隱患。數(shù)字化人機界面在核電廠的應(yīng)用，對操縱員的行為可能產(chǎn)生積極的影響，但是，也有可能產(chǎn)生潛在的風(fēng)險，因此，在設(shè)計階段評價數(shù)字化人機界面對人員行為的可靠性產(chǎn)生的影響尤為重要。評價這種影響最有效的方法之一就是人員可靠性分析（HRA）。

HRA作為核電廠概率安全分析（PSA）的重要組成部分，可以用來定性分析和定量評估操縱員在核電廠處于不同運行狀態(tài)時的錯誤行為對電廠風(fēng)險的貢獻。在數(shù)字化核電廠中，HRA作為人因工程設(shè)計的一個組成部分，在人機界面設(shè)計和應(yīng)用的全過程中發(fā)揮作用，例如HRA分析與控制室任務(wù)分析、人因工程設(shè)計的驗證與確認（V&V）互為補充，通過對操縱員工作站中顯示畫面、報警設(shè)計、計算機化規(guī)程質(zhì)量、人員培訓(xùn)水平等進行定性分析或定量評估，將數(shù)字化人機界面對人員行為的影響反映到對電站風(fēng)險的貢獻中，從而加強核電站操作的可靠性和安全性。