專利名稱：一種基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于數(shù)字化人機(jī)界面的提高核電站安全操作的評(píng)價(jià)方法，屬于核電站安全、概率安全分析(PSA)和人因工程(HFE)活動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)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(jī)界面的應(yīng)用使得減少電站瞬態(tài)、非預(yù)期停堆和強(qiáng)制停堆、提高電站的可用性和安全性成為可能，同時(shí)也使得提高運(yùn)行和維修效率、降低運(yùn)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(jìn)行了或計(jì)劃進(jìn)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(jī)界面的設(shè)計(jì)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(dòng)力工程》2002年SI期)中提到了在核電廠實(shí)現(xiàn)數(shù)字化I & C系統(tǒng)等內(nèi)容。數(shù)字化人機(jī)界面的控制室設(shè)計(jì)，要求從人因工程的角度，優(yōu)化人機(jī)界面設(shè)計(jì)，以提高操縱員行為績(jī)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(jī)界面的相關(guān)研究文獻(xiàn)和對(duì)國內(nèi)數(shù)字化人機(jī)界面的調(diào)研，總結(jié)數(shù)字化人機(jī)界面大多具有以下特點(diǎn)計(jì)算機(jī)化操作員工作站緊湊布置，且具有多個(gè)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(jì)不同種類的綜合畫面，來支持操作員的情景認(rèn)知和決策；軟控制，許多電站的控制動(dòng)作可以在計(jì)算機(jī)屏幕中進(jìn)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(dòng)態(tài)顯示，為主控制室內(nèi)所有成員提供了一個(gè)統(tǒng)一的情景認(rèn)知平臺(tái)；先進(jìn)的報(bào)警系統(tǒng)，可以對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行組織、優(yōu)化和處理；計(jì)算機(jī)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(bào)警處理、電廠監(jiān)測(cè)、規(guī)程跟蹤等方面；自動(dòng)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(tái)的主控制室人機(jī)界面相比，數(shù)字化人機(jī)界面有許多顯而易見的優(yōu)勢(shì)，例如可以將多種信息以不同的方式進(jìn)行顯示或整合，為操作員提供關(guān)鍵的信息。這種計(jì)算機(jī)化信息顯示方式減少了操作員的工作和認(rèn)知負(fù)荷，使得操縱人員能夠快速把握電站的整體狀態(tài)。同時(shí)，數(shù)字化人機(jī)界面也對(duì)人員績(jī)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(shí)別獲得信息，而是需要經(jīng)過多次選擇或打開多個(gè)窗口才能獲得所需要的顯示；·界面操作增加了操作員的認(rèn)知負(fù)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(huì)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(jìn)報(bào)警系統(tǒng)，但是電廠瞬態(tài)時(shí)出現(xiàn)的報(bào)警數(shù)量仍然較多，可能會(huì)影響操縱員對(duì)于重要報(bào)警的掌握；·計(jì)算機(jī)化規(guī)程提供的規(guī)程窗口較窄，不利于操縱員對(duì)規(guī)程的全面了解； 計(jì)算機(jī)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(shí)候不能完全理解、掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正在進(jìn)行的處理；·自動(dòng)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(jī)界面在核電廠的應(yīng)用，對(duì)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(xiǎn)，因此，在設(shè)計(jì)階段評(píng)價(jià)數(shù)字化人機(jī)界面對(duì)人員行為的可靠性產(chǎn)生的影響尤為重要。評(píng)價(jià)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(píng)估操縱員在核電廠處于不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的錯(cuò)誤行為對(duì)電廠風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)。在數(shù)字化核電廠中，HRA作為人因工程設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分，在人機(jī)界面設(shè)計(jì)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(jì)的驗(yàn)證與確認(rèn)(V&V)互為補(bǔ)充，通過對(duì)操縱員工作站中顯示畫面、報(bào)警設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)化規(guī)程質(zhì)量、人員培訓(xùn)水平等進(jìn)行定性分析或定量評(píng)估，將數(shù)字化人機(jī)界面對(duì)人員行為的影響反映到對(duì)電站風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)中，從而加強(qiáng)核電站操作的可靠性和安全性。從1983年THERP手冊(cè)[5]出版到目前為止，國際上已經(jīng)出現(xiàn)了多種HRA方法[6]，如 THERP、ASEP、HCR、SUM、HEART、ATHEANA、CREAM、SPAR-H、HDT 等。一些方法因其在可用性、成熟度、可接受性等方面的優(yōu)勢(shì)，已在許多核電廠人員可靠性分析中得到廣泛應(yīng)用。目前，國際上基于數(shù)字化人機(jī)界面的人員可靠性分析主要采用傳統(tǒng)的HRA方法進(jìn)行保守評(píng)估，如THERP、ASEP、HCR、SPAR-H等。這些HRA方法的數(shù)據(jù)源并未考慮數(shù)字化人機(jī)界面的特點(diǎn)及其影響，因此，這些評(píng)估方法無法對(duì)數(shù)字化人機(jī)界面的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)做出針對(duì)性的評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果也無法明確體現(xiàn)數(shù)字化人機(jī)界面對(duì)核電站操作的可靠性和安全性。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟步驟I :確定診斷錯(cuò)誤概率P1 ；步驟2 :確定診斷不響應(yīng)概率P2 ；步驟3 :確定操作失誤概率P3 ；步驟4 :計(jì)算人誤概率HEP = Ρ!+Ρ2+Ρ3 ；步驟5 :根據(jù)人誤概率HEP的值對(duì)核電站安全操作進(jìn)行評(píng)價(jià)。進(jìn)一步，所述P1利用測(cè)試統(tǒng)計(jì)獲得，所述P2用HCR方法獲得；Ρ3用修正的THERP方法獲得。所述P2 = l-0[ln(t/T1/2)/o];其中，t表示班組可用響應(yīng)時(shí)間，T1/2表示經(jīng)過修正之后的完成某個(gè)任務(wù)所需的中值響應(yīng)時(shí)間，參數(shù)σ為人員行為類型參數(shù)。對(duì)于技能型行為，選用σ = O. 4計(jì)算；對(duì)于規(guī)則型行為，選用σ = O. 6 ;對(duì)于知識(shí)型行為，選用σ =0.8;如果沒有直接可用的導(dǎo)向規(guī)程，則取σ =1.0。更進(jìn)一步，所述P2的確定過程包括以下步驟I)確定人的認(rèn)知類型，從而確定參數(shù)σ取值，所述認(rèn)知類型為知識(shí)型、規(guī)則型或技能型；2)從運(yùn)行事件歷史記錄、模擬機(jī)、測(cè)試統(tǒng)計(jì)中獲取中值響應(yīng)時(shí)間T1/2,OTigin ；3)根據(jù)操縱員水平K1、壓力K2、人機(jī)界面K3形成因子調(diào)整中值響應(yīng)時(shí)間T1/2=T1/2,originX (!+K1) X (1+K2) X (1+Κ3)；4)根據(jù)
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟步驟I:確定診斷錯(cuò)誤概率P1;步驟2 :確定診斷不響應(yīng)概率P2 ；步驟3 :確定操作失誤概率P3 ；步驟4 :計(jì)算人誤概率HEP = P1+P2+P3 ；步驟5 :根據(jù)人誤概率HEP的值對(duì)核電站安全操作進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.如權(quán)利要求I所述基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述P1利用測(cè)試統(tǒng)計(jì)獲得，所述P2用HCR方法獲得；P3用修正的THERP方法獲得。
3.如權(quán)利要求2所述基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，其特征在于
4.如權(quán)利要求3所述基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，其特征在于對(duì)于技能型行為，選用σ =0.4計(jì)算；對(duì)于規(guī)則型行為，選用σ =0.6;對(duì)于知識(shí)型行為，選用σ = 0.8 ;如果沒有直接可用的導(dǎo)向規(guī)程，則取σ =1.0。
5.如權(quán)利要求3所述基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述P2的確定過程包括以下步驟1)確定人的認(rèn)知類型，從而確定參數(shù)σ取值，所述認(rèn)知類型為知識(shí)型、規(guī)則型或技能型；2)從運(yùn)行事件歷史記錄、模擬機(jī)、測(cè)試統(tǒng)計(jì)中獲取中值響應(yīng)時(shí)間T1/2,OTigin；3)根據(jù)操縱員水平K1、壓力K2、人機(jī)界面K3形成因子調(diào)整中值響應(yīng)時(shí)間T1/2=T1/2,originX (!+K1) X (1+K2) X (1+Κ3)； 4)根據(jù)
6.如權(quán)利要求2所述基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，其特征在于P3 = (HEPm^HEPm2) XpsfxpsfhsiXrf1Xrf2 ；其中，HEPmi為操縱員遺漏操作步驟的概率均值；HEPm2為操縱員操作錯(cuò)誤的概率均值；PSF為主控室操縱員的壓力負(fù)荷水平；RFpRF2為協(xié)調(diào)員和安工的恢復(fù)因子；PSFhsi為數(shù)字化人機(jī)界面評(píng)價(jià)因子PSFhsi, PSFhsi=PSFdXPSFaXPSFp, PSFd為顯示畫面因子、PSFa為報(bào)警因子、PSFp為計(jì)算機(jī)化規(guī)程因子。
7.如權(quán)利要求6所述基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，其特征在于計(jì)算PSFhsi值時(shí),進(jìn)一步包括以下修正步驟1)選擇恢復(fù)因子RFs；2)計(jì)算修正后的該步關(guān)鍵人員動(dòng)作失誤概率均值Ρ3> — P3, LBHEP X PSF X PSFhsi X RFs ；P3.i，為某一關(guān)鍵人員動(dòng)作序列失誤概率均值，i = 1,2,…，η，η為人誤事件的關(guān)鍵人員動(dòng)作總個(gè)數(shù)；P^.bhep為疏忽類人誤EOO基本概率均值與執(zhí)行錯(cuò)誤類人誤EOC基本概率均值之和；所述疏忽類人誤EOO和執(zhí)行錯(cuò)誤類人誤EOC的概率均值HEP = NHEPX
8.如權(quán)利要求7所述基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，其特征在于進(jìn)一步計(jì)算出，人員操作失誤概率為
9.如權(quán)利要求6，7所述基于數(shù)字化人機(jī)界面的核電站安全操作評(píng)價(jià)方法，其特征在于根據(jù)PSFhsi的值確定K3的選值，當(dāng)PSFhsi < I時(shí)，K3取值-O. 22 ;當(dāng)PSFhsi=I時(shí)，K3取值O ;當(dāng) PSFhsi > I 時(shí)，K3 取值 O. 44。
全文摘要
本發(fā)明通過確定診斷錯(cuò)誤概率P1、確定診斷不響應(yīng)概率P2、確定操作失誤概率P3、根據(jù)上述三個(gè)參數(shù)計(jì)算人誤概率來對(duì)核電站安全操作進(jìn)行評(píng)價(jià)。修正了HRA分析中數(shù)字化人機(jī)界面對(duì)核電站操作安全評(píng)價(jià)的影響，該方法不僅可以在HCR、THERP方法對(duì)數(shù)字化人機(jī)界面的HRA時(shí)加以應(yīng)用，同樣可以應(yīng)用于其它傳統(tǒng)HRA方法中關(guān)于人機(jī)界面質(zhì)量的判斷。
文檔編號(hào)G06Q50/06GK102915512SQ201210362309
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者田秀峰, 姜興偉, 周彧, 俞光衛(wèi), 田暉 申請(qǐng)人:中國核電工程有限公司