[发明专利]一种基于数字化人机界面的核电站安全操作评价方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于数字化人机界面的提高核电站安全操作的评价方法，属于核电站安全、概率安全分析（PSA）和人因工程（HFE）活动技术领域。

背景技术

随着计算机、自动化等技术的发展和可靠性的提高，现代核电厂数字化I&C系统和人机界面的应用使得减少电站瞬态、非预期停堆和强制停堆、提高电站的可用性和安全性成为可能，同时也使得提高运行和维修效率、降低运行成本成为可能。目前，国际上在建核电厂绝大多数均采用数字化I&C技术，很多已建核电厂的常规控制系统和主控制室已经进行了或计划进行数字化改造。数字化I&C技术的应用以及数字化人机界面的设计成为发展的主流。例如，《核电厂数字化I&C系统关键技术研究现状及发展策略》（《核动力工程》2002年S1期）中提到了在核电厂实现数字化I＆C系统等内容。

数字化人机界面的控制室设计，要求从人因工程的角度，优化人机界面设计，以提高操纵员行为绩效，减少人误发生，使电站处于安全监控状态。

通过分析国内外数字化人机界面的相关研究文献和对国内数字化人机界面的调研，总结数字化人机界面大多具有以下特点：

计算机化操作员工作站紧凑布置，且具有多个显示屏幕；

具有完善的监控所需电厂信息的功能，并且根据功能需求，设计不同种类的综合画面，来支持操作员的情景认知和决策；

软控制，许多电站的控制动作可以在计算机屏幕中进行；

显示方式多样化，包括列表、图标、画面、声光等；

具有大屏幕动态显示，为主控制室内所有成员提供了一个统一的情景认知平台；

先进的报警系统，可以对报警信号进行组织、优化和处理；

计算机化规程，操纵员可以根据规程指引干预电站操作，使操纵员执行任务的过程发生变化；

智能辅助作用提高，包括报警处理、电厂监测、规程跟踪等方面；

自动化水平的提高，增加了操作员系统监控的作用，减弱了其系统操作的作用。

与常规模拟盘台的主控制室人机界面相比，数字化人机界面有许多显而易见的优势，例如可以将多种信息以不同的方式进行显示或整合，为操作员提供关键的信息。这种计算机化信息显示方式减少了操作员的工作和认知负荷，使得操纵人员能够快速把握电站的整体状态。

同时，数字化人机界面也对人员绩效带来一些不利因素，例如：

·窗口或画面显示数量的限制，使得操作人员不能用快速眼睛扫描的方式和固定的模式识别获得信息，而是需要经过多次选择或打开多个窗口才能获得所需要的显示；

·界面操作增加了操作员的认知负荷（如打开、定位和调整窗口），管理界面与操作员的处理的主要任务无关，但会分散操作员的注意力；

·钥匙孔效应，操作员过分关注少量信息，而忽视了“整体画面”；

·尽管采用先进报警系统，但是电厂瞬态时出现的报警数量仍然较多，可能会影响操纵员对于重要报警的掌握；

·计算机化规程提供的规程窗口较窄，不利于操纵员对规程的全面了解；

·计算机化的系统也增加了控制任务的总体复杂度。操作员有时候不能完全理解、掌握计算机系统正在进行的处理；

·自动化带来操作员的应激降低，使得他们发现异常的能力降低。

上述现有技术中的缺陷为核安全工作带来了一定的隐患。数字化人机界面在核电厂的应用，对操纵员的行为可能产生积极的影响，但是，也有可能产生潜在的风险，因此，在设计阶段评价数字化人机界面对人员行为的可靠性产生的影响尤为重要。评价这种影响最有效的方法之一就是人员可靠性分析（HRA）。

HRA作为核电厂概率安全分析（PSA）的重要组成部分，可以用来定性分析和定量评估操纵员在核电厂处于不同运行状态时的错误行为对电厂风险的贡献。在数字化核电厂中，HRA作为人因工程设计的一个组成部分，在人机界面设计和应用的全过程中发挥作用，例如HRA分析与控制室任务分析、人因工程设计的验证与确认（V&V）互为补充，通过对操纵员工作站中显示画面、报警设计、计算机化规程质量、人员培训水平等进行定性分析或定量评估，将数字化人机界面对人员行为的影响反映到对电站风险的贡献中，从而加强核电站操作的可靠性和安全性。