人因工程在DCS系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

畢艷梅++ 金亞東++鄧子超

摘 要：隨著工業(yè)化信息化的飛速發(fā)展，人因工程學(xué)越來越受到人們的關(guān)注。人因工程設(shè)計(jì)的引入能夠減少人的失誤，提高設(shè)計(jì)的安全性、可靠性和易用性。該文從人因工程的應(yīng)用入手，介紹了DCS系統(tǒng)中人因工程在人機(jī)界面設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)方法和重要性。

關(guān)鍵詞：人因工程 人機(jī)界面 DCS

中圖分類號：TP202 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（c）-0118-02

人因工程（Human Factor Engineering）是以人為核心因素，將心理學(xué)、生理學(xué)、解剖學(xué)、人體測量學(xué)等知識運(yùn)用于工程技術(shù)設(shè)計(jì)和管理，特別是安全設(shè)計(jì)和安全管理。以人為本，著眼于提高人的工作績效，防止人的失誤，在盡可能保證人員安全、舒適的條件下，統(tǒng)一考慮人、機(jī)器、環(huán)境系統(tǒng)總體性能的優(yōu)化。簡單來說人因工程的目的就是：使人工作得更有效、更安全、更舒適。眾所周知，在電站DCS項(xiàng)目中，特別是在控制室的設(shè)計(jì)中，人因工程得到了廣泛的應(yīng)用，如，盤臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、盤臺布置、噪音分析、照明設(shè)計(jì)等。該文的重點(diǎn)在于描述人因工程在人機(jī)界面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

人機(jī)界面安裝在操縱員工作站上，以可視化的界面提供與操縱員交互的方式，操縱員通過人機(jī)界面可以對電廠的整體情況和電廠設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，因此人機(jī)界面設(shè)計(jì)得是否合理友好，直接影響操縱員的反應(yīng)速度、工作效率和工作質(zhì)量。

1 人因工程審查原則

在美國核管會人因工程審查大綱NUREG-0711中，對人因工程的審查原則做了如下的規(guī)定。

（1）第一階段：計(jì)劃和分析（Planning and Analysis）。

①人因工程項(xiàng)目管理（HFE Program Management）：制定計(jì)劃以引導(dǎo)和規(guī)范整個人因工程的工作。

②運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)審查（Operating Experience Review）：回顧之前電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以盡量避免發(fā)生類似的問題。

③功能分析和分配（Functional Requirements Analysis and function Allocation）：分析確定系統(tǒng)的功能以及由誰（人或機(jī)器）來做。

④任務(wù)分析（Task Analysis）：確定如何完成工作。

⑤人員配備和資質(zhì)（Staffing & Qualification）：確定所需人員的資質(zhì)和能力。

⑥人員可靠性分析（Human Reliability Analysis）：評估因?yàn)椴僮鲉T的誤操作而給電站帶來的安全隱患。

（2）第二階段：設(shè)計(jì)（Design）。

①人機(jī)界面設(shè)計(jì)（Human-System Interface Design）：設(shè)計(jì)人機(jī)界面，確定相關(guān)的顯示和操作信息。

②規(guī)程設(shè)計(jì)（Procedure Development）：根據(jù)人因工程分析的結(jié)果制定操作規(guī)程。

③培訓(xùn)項(xiàng)目（Training Program Development）：根據(jù)人因工程原則制定培訓(xùn)項(xiàng)目。

（3）第三階段：驗(yàn)證和確認(rèn)（Verification and Validation）。

人因驗(yàn)證和確認(rèn)（Human Factors Verification and Validation）：依據(jù)人因標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)。

（4）第四階段：執(zhí)行和操作（Implementation and Operation）。

①設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)（Design Implementation）：根據(jù)人因分析的結(jié)果，對具體的方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

②人員績效監(jiān)控（Human Performance Monitoring）：準(zhǔn)備人員績效的監(jiān)控策略，以預(yù)防人為因素造成的重大安全事故。

2 人因工程在畫面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人因工程應(yīng)用在畫面設(shè)計(jì)過程中經(jīng)歷了3個分析和設(shè)計(jì)階段。

（1）功能分析和分配（Functional Requirements Analysis and Allocation）。

（2）任務(wù)分析（Task Analysis）。

（3）人機(jī)界面設(shè)計(jì)（Human System Interface Design）。

2.1 功能分析和分配

功能分析和分配的目的是確認(rèn)系統(tǒng)是做什么的，由誰來完成。

簡單來說，功能分析是通過分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)輸入，確認(rèn)系統(tǒng)完成的功能（Function）；然后將系統(tǒng)的功能拆分成多個進(jìn)程（Process），每個進(jìn)程完成實(shí)現(xiàn)這個功能的一部分工作；由于每個進(jìn)程中包含著固定的設(shè)備（Component）和參數(shù)（Parameter），設(shè)備狀態(tài)不同，則該進(jìn)程完成的功能也就存在差別。最終我們通過功能框圖（Functional Block Diagram）來表示分析結(jié)果。功能分配主要是在功能分析的基礎(chǔ)上，針對每一個模式和模式變化來進(jìn)行配置，它的目的是定義相應(yīng)的操作和控制過程“由誰來做”。

2.2 任務(wù)分析

任務(wù)分析是基于功能分析和分配來做的，任務(wù)分析的目的是確認(rèn)為了完成功能需要執(zhí)行哪些任務(wù)，簡單來說就是“怎么做”。任務(wù)分析最終將一個完整的功能拆分成了一個個可執(zhí)行的具體的動作，為操作和驗(yàn)證提供了完整而詳細(xì)的參照。任務(wù)分析的結(jié)果可以為設(shè)計(jì)方案的確定提供基礎(chǔ)，確保人員行為的要求沒有超出人的能力范圍，并為規(guī)程、人員安排、培訓(xùn)計(jì)劃的開發(fā)提供基本的輸入信息，為執(zhí)行任務(wù)所需的顯示、數(shù)據(jù)處理和控制要求的落實(shí)提供基礎(chǔ)。

2.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

我們進(jìn)行功能分析和分配以及任務(wù)分析，最終的目的就是為了設(shè)計(jì)出符合顯示和控制要求的人機(jī)界面。簡單來說我們在設(shè)計(jì)人機(jī)界面時關(guān)注下面幾個方面。

（1）畫面元素的完整性：必須保證所有在功能分析和分配以及任務(wù)分析中涉及的設(shè)備、參數(shù)都包含在畫面當(dāng)中。

（2）動態(tài)設(shè)備：對設(shè)備類型、顯示要素、操作命令等進(jìn)行分析并歸類，設(shè)計(jì)DCT（Display Connection Table）表。

（3）靜態(tài)畫面：即畫面的靜態(tài)顯示效果，著重于安排布局的合理性。

在人機(jī)界面設(shè)計(jì)的過程中也必須遵守人因工程的原則，在背景、線條、顏色、字體、元件等的繪制上都有嚴(yán)格的要求，具體在美國核管會人機(jī)接口審查大綱NUREG-0700中有詳細(xì)的規(guī)定。

3 結(jié)語

人因工程廣泛應(yīng)用于DCS控制室和人機(jī)界面的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中。該文從畫面設(shè)計(jì)的角度介紹了人因工程的實(shí)施方案，隨著工業(yè)控制領(lǐng)域的日趨成熟和發(fā)展，人因工程的引入越來越體現(xiàn)出其重要性，為電站的安全運(yùn)行提供有效的保障。

參考文獻(xiàn)

[1] USNRC.Human-System Interface Design Review Guideline[Z].

[2] USNRC.Human Factors Engineering Program Review Model[Z].