專利名稱：人-機(jī)界面檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核電站數(shù)字控制領(lǐng)域，特別地，涉及一種應(yīng)用于核電站數(shù)字控制的人-機(jī)界面檢測方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
核電站(Nuclear power plants, NPPs)是-種復(fù)雜的高風(fēng)險系統(tǒng)，由于三哩島和切爾諾貝利事故，人們認(rèn)識到人-機(jī)交互的重要性，人-機(jī)界面(Man-machine interface,麗I)設(shè)計的質(zhì)量對于人的績效和核安全至關(guān)重要。如，Smith和Mosier于1986年在《Guidelines for designing user interface software》一文中指出:從不良的人-機(jī)界面中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理會導(dǎo)致頻繁和嚴(yán)重的人因失誤；Bellamy和Geyer于1988年在((Addressing human factors issues in the safe design and operation of computercontrolled process systems》一文也研究計算機(jī)控制的過程系統(tǒng)中發(fā)生的事件中有近60%的與操作過程中發(fā)生的人因失誤有關(guān)等。盡管花費了大量的人力和物力進(jìn)行研究以提高人-機(jī)界面的設(shè)計質(zhì)量，但是我國核電站的人-機(jī)界面設(shè)計和人-機(jī)交互技術(shù)一直處于發(fā)展的早期階段一學(xué)習(xí)和吸收階段，即“設(shè)計可用就行”，人-機(jī)界面的詳細(xì)審查一直處于發(fā)展階段。特別是在核電站主控室數(shù)字化之后，數(shù)字化人-機(jī)界面改變了操縱員所處的情境環(huán)境，如果設(shè)計人員不了解數(shù)字化人-機(jī)界面特征對操縱員有什么不利影響，那么盡管設(shè)計人員在人-機(jī)界面的設(shè)計過程中遵循了一般的設(shè)計原理和參考了一些人因工程(Human factor engineering, HFE)設(shè)計指南，但是他們在設(shè)計中可能忽視了一些更為深層次的績效問題或者忽視了操縱員在復(fù)雜人-機(jī)交互中所處的角色等，從而不足以確保通過參考一般的人因工程設(shè)計指南就能提高人員績效和操作系統(tǒng)的安全。同樣，盡管存在一些人-機(jī)界面評價方法，但各國設(shè)計的數(shù)字化人-機(jī)界面的原理、方法、風(fēng)格、文化等都存在差異，因此結(jié)合我國的人-機(jī)界面設(shè)計特征與我國文化特征，需要發(fā)展數(shù)字化人-機(jī)界面評價的方法和工具對人-機(jī)界面進(jìn)行評審，以提高操縱員的績效和核電廠的安全水平。人-機(jī)界面評價方法一般可以分為實驗方法和理論方法。實驗方法一般是通過模擬機(jī)和仿真實驗來評估控制室人-機(jī)界面的可用性，如Paulo V.R.Carvalho, Isaac L.dosSantos, Jose Orlando Gomes, Marcos R.S.Borges 和 Stephanie Guerlain 于 2008 年發(fā)表在期干丨J〈DISPLAY〉上的((Human factors approach for evaluation and redesign ofhuman-system interfaces of a nuclear power plant simulator)) 一JCΦ7Jn擬機(jī)實驗通過現(xiàn)場觀察對先進(jìn)的人-機(jī)界面設(shè)計進(jìn)行審查，識別設(shè)計中的具體缺陷。我國清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計研究院的陳曉明、高祖瑛、周志偉、趙炳全和日本三菱電機(jī)先端技術(shù)研究所的中川隆志、仵威合作于2004年發(fā)表在期刊〈原子能科學(xué)技術(shù) > 中的一文《基于計算機(jī)模擬技術(shù)的人-機(jī)界面評價系統(tǒng)》中介紹了一種基于計算機(jī)模擬技術(shù)的核電廠控制室人-機(jī)界面軟件評價系統(tǒng)DIAS (Dynamic Interaction Analysis Support),通過該系統(tǒng)來為核電廠主控室人-機(jī)界面的設(shè)計及改進(jìn)提供很好的技術(shù)支持。盡管實驗和模擬方法是很精確的人-機(jī)界面評價方法之，但是它難以做到與真實的風(fēng)險場景一致，只能考慮少數(shù)幾個行為影響因子，并且實驗方法費時，其結(jié)果往往取決于參與者的經(jīng)驗，需要大量的費用。理論方法一般包括專家判斷、人-機(jī)界面設(shè)計指南、人-機(jī)界面評價模型和方法等，理論方法可使系統(tǒng)設(shè)計人員在沒有進(jìn)行實驗的情境下估計人-機(jī)界面對操縱員績效的影響。這種方法比較有效，特別在設(shè)計的早期階段?；趯＜遗袛?、設(shè)計指南和評價模型的方法都有自身的優(yōu)缺點。其中:基于專家判斷的理論方法的缺點主要是專家的主觀判斷，評估結(jié)果難以量化。如Sheue-Ling Hwang, Sheau-FarnMax Liang, Tzu-Yi Yeh Liu, Y1-Jhen Yang, Po-Yi Chen和 Chang-Fu Chuang 于 2009 年發(fā)表在《Nuclear Engineering and Design》上的一文((Evaluation of human factors in interface design in main control rooms))中米用訪談的方式進(jìn)行人-機(jī)界面評價，Yung-Tsan Jou, Chiuhsiang Joe Lin, Tzu-Chung Yenn,Chih-Wei Yang, L1-Chen Yang 和 Rue1-Chi Tsai 于 2009 年發(fā)表在《Safety Science》上的一文((The implementation of a human factors engineering checklist forhuman-system interfaces upgrade in nuclear power plants〉〉建立混合的人因工程檢查表對人-機(jī)界面設(shè)計進(jìn)行審查。但上述方法缺乏從操縱員信息處理和操作的系統(tǒng)性和綜合考慮，從而使人的績效在某些方面(如監(jiān)視和數(shù)據(jù)的獲取)得到提升，在另一些方面(如操作控制行為)可能績效下降，沒有達(dá)到整體績效最優(yōu)。在人-機(jī)界面設(shè)計指南方面，1995年，美國核管會(U.S.Nuclear RegulatoryCommission, USNRC)在《Human-System Interface Design Review Guidelines》中從信息顯示、用戶-界面交互與管理、控制等方面建立了具體的數(shù)字化人-機(jī)界面審查項目。2002年，美國核管會對《Human-System Interface Design Review Guidelines》進(jìn)行了更新。同樣，2004 年美圍電力研究院(Electric Power Research Institute, EPRI)在《HumanFactors Guidance for Control Room and Digital Human-System Interface Design andModification》中從信息顯示、用戶-界面交互和管理、軟控制、報警、計算機(jī)化的規(guī)程系統(tǒng)、計算機(jī)化的操縱員支持系統(tǒng)等提出了具體的審查項目?；谠O(shè)計指南的方法盡管主觀性有所減少，但是由于新技術(shù)或新狀態(tài)的出現(xiàn)，使設(shè)計指南的更新需花費大量的時間，并且由于各方面的權(quán)衡失當(dāng)而有可能出現(xiàn)相互矛盾的指導(dǎo)規(guī)則，從而產(chǎn)生設(shè)計指南的誤解釋和錯誤應(yīng)用。在人-機(jī)界面評價模型和方法方面，人們?yōu)榱丝朔＜遗袛嗟姆椒ǖ木窒扌?，發(fā)展了一些基于數(shù)理統(tǒng)計技術(shù)的方法和模型，如回歸分析模型、模糊綜合評價方法、灰色關(guān)聯(lián)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等進(jìn)行定量預(yù)測和評價。如蔣濤于2006年在其博士論文《火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)人-機(jī)界面綜合評價研究》中采用灰色理論對DCS (Digital control system)系統(tǒng)人-機(jī)界面進(jìn)行定量化綜合評價。但是上述方法過度強(qiáng)調(diào)定量化評價結(jié)果，而未能從人因可靠性的視角詳細(xì)對數(shù)字化人-機(jī)界面特征進(jìn)行具體審查，難以發(fā)現(xiàn)人-機(jī)界面中誘發(fā)人因失誤的深層次原因?？傊S著我國核電主控室的數(shù)字化，使得傳統(tǒng)的人-機(jī)界面評價方法難以滿足分析和評價的要求，未能從數(shù)字化人-機(jī)界面的特征出發(fā)建立進(jìn)行審查的人因工程核查表，未從人因可靠性及人員績效的角度來綜合建立人因工程核查表，且現(xiàn)有人-機(jī)界面評價方法效率低、可靠性有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種人-機(jī)界面檢測方法，以解決快速、可靠地識別出人-機(jī)界面中存在缺陷的界面項目的技術(shù)問題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種人-機(jī)界面檢測系統(tǒng)，以快速、可靠地檢測出人-機(jī)界面中存在缺陷的界面項目的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種人-機(jī)界面檢測方法，適用于核電站數(shù)字控制系統(tǒng)，包括以下步驟:基于HCR方法識別出操作員行為的不響應(yīng)概率超出預(yù)定閾值的風(fēng)險場景；針對識別出的所述風(fēng)險場景采用CREAM方法確定所述風(fēng)險場景中各任務(wù)以及任務(wù)中各行為的失誤概率；按照所述失誤概率的大小順序依次對各任務(wù)或各行為所涉及的人-機(jī)界面與預(yù)先設(shè)定的人因工程核查表進(jìn)行核對，以確定存在缺陷的人-機(jī)界面單元。進(jìn)一步地，所述HCR方法計算不 響應(yīng)概率采用的公式如下:
權(quán)利要求
1.一種人-機(jī)界面檢測方法，適用于核電站數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟: 基于HCR方法識別出操作員行為的不響應(yīng)概率超出預(yù)定閾值的風(fēng)險場景； 針對識別出的所述風(fēng)險場景采用CREAM方法確定所述風(fēng)險場景中各任務(wù)以及任務(wù)中各行為的失誤概率； 按照所述失誤概率的大小順序依次對各任務(wù)或各行為所涉及的人-機(jī)界面與預(yù)先設(shè)定的人因工程核查表進(jìn)行核對，以確定存在缺陷的人-機(jī)界面單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人-機(jī)界面檢測方法，其特征在于: 所述HCR方法計算不響應(yīng)概率采用的公式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人-機(jī)界面檢測方法，其特征在于: 所述CREAM方法具體包括以下步驟: 采用層次任務(wù)分析法分析識別后的所述風(fēng)險場景的各任務(wù)及各行為，以構(gòu)建事件序列； 根據(jù)情境環(huán)境分析、認(rèn)知行為分析確定所述事件序列所對應(yīng)的人因失誤模式； 根據(jù)CREAM方法中的人因失誤模式分類及其對應(yīng)的基本的失誤概率確定各任務(wù)或各行為的第一人因失誤概率，并經(jīng)情境環(huán)境分析對所述第一人因失誤概率進(jìn)行修正，得到各任務(wù)或各行為對應(yīng)的修正后的第二人因失誤概率； 對各任務(wù)或各行為按所述第二人因失誤概率進(jìn)行排序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人-機(jī)界面檢測方法，其特征在于， 所述人因工程核查表為根據(jù)核電站數(shù)字控制系統(tǒng)的信息處理過程建立的，具體考慮的行為包括:信息的監(jiān)視、狀態(tài)評估、響應(yīng)計劃及響應(yīng)執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人-機(jī)界面檢測方法，其特征在于， 所述人-機(jī)界面單元具體包括:信息顯示模塊、軟控制模塊、數(shù)字化規(guī)程模塊、用戶界面管理模塊及報警模塊。
6.一種人-機(jī)界面檢測系統(tǒng)，適用于核電站數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于，該人-機(jī)界面檢測系統(tǒng)包括: 風(fēng)險場景篩選單元，基于HCR方法識別出操作員行為的不響應(yīng)概率超出預(yù)定閾值的風(fēng)險場景； 人因可靠性分析單元，針對識別出的所述風(fēng)險場景采用CREAM方法確定所述風(fēng)險場景中各任務(wù)及任務(wù)中各行為的失誤概率； 人因工程審查單元，按照所述失誤概率的大小順序依次對各任務(wù)或各行為所涉及的人-機(jī)界面與預(yù)先設(shè)定的人因工程核查表進(jìn)行核對，以確定存在缺陷的人-機(jī)界面單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人-機(jī)界面檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述人因可靠性分析單元具體包括: 事件序列構(gòu)建模塊，用于采用層次任務(wù)分析法分析識別后的所述風(fēng)險場景的各任務(wù)及各行為，以構(gòu)建事件序列； 人因失誤模式確定模塊，用于根據(jù)情境環(huán)境分析、認(rèn)知行為分析確定所述事件序列相應(yīng)的人因失誤模式； 失誤概率確定模塊，根據(jù)CREAM方法中的人因失誤模式分類及其對應(yīng)的基本的失誤概率確定各任務(wù)或各行為的第一人因失誤概率，并經(jīng)情境環(huán)境分析對所述第一人因失誤概率進(jìn)行修正，得到各任務(wù)或各行為對應(yīng)的修正后的第二人因失誤概率； 排序模塊，對各任務(wù)或各行為按所述第二人因失誤概率進(jìn)行排序。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人-機(jī)界面檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述人因工程核查表為根據(jù)核電站數(shù)字控制系統(tǒng)的信息處理過程建立的，具體考慮的行為包括:信息的監(jiān)視、狀態(tài)評估、響應(yīng)計劃及響應(yīng)執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人-機(jī)界面檢測及系統(tǒng)，其特征在于: 所述人-機(jī)界面單元具體包括:信息顯示模塊、軟控制模塊、數(shù)字化規(guī)程模塊、用戶界面管理模塊及報警模塊 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人-機(jī)界面檢測方法及系統(tǒng)，該人-機(jī)界面檢測方法包括以下步驟基于HCR方法識別出行為的不響應(yīng)概率超出預(yù)定閾值的風(fēng)險場景；針對識別出的風(fēng)險場景采用CREAM方法確定風(fēng)險場景中各任務(wù)或各行為的失誤概率；按照失誤概率的大小順序依次對各任務(wù)或各行為所涉及的人-機(jī)界面與預(yù)先設(shè)定的人因工程核查表進(jìn)行核對，以確定存在缺陷的人-機(jī)界面單元。本發(fā)明采用HCR+CREAM+HEC相結(jié)合的方法對核電站的數(shù)字化人-機(jī)界面進(jìn)行評價，以快速高效地檢測出數(shù)字化人-機(jī)界面中存在缺陷的人-機(jī)界面單元，以找到誘發(fā)人因失誤的深層次的設(shè)計缺陷，從而從整體上提高核電站數(shù)字控制系統(tǒng)的運(yùn)行的安全性。
文檔編號G06F19/00GK103198230SQ201310141410
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者張力, 李鵬程, 戴立操, 胡鴻, 黃衛(wèi)剛, 戴忠華, 鄒衍華 申請人:湖南工學(xué)院, 南華大學(xué), 中廣核核電運(yùn)營有限公司