核電站數(shù)字化主控室人因數(shù)據(jù)庫設(shè)計＊

楊洋 蔣建軍 胡鴻 代儉英

1.中國核電工程有限公司；2.湖南工學(xué)院安全與管理工程學(xué)院

以核電站數(shù)字化主控室為研究對象，為規(guī)范管理、控制、分析、預(yù)測及減少人因事故，以訪談與文獻(xiàn)調(diào)研為手段，提出人因數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法。主要包括：人因數(shù)據(jù)來源、主事件特征描述、子事件特征描述、人因事故表結(jié)構(gòu)設(shè)計、基本影響因子表結(jié)構(gòu)分類設(shè)計、人因數(shù)據(jù)庫功能分析。

引入數(shù)字化系統(tǒng)后，核電站主控室以常規(guī)控制盤臺為主發(fā)展為以計算機(jī)工作站為主。數(shù)字化系統(tǒng)的使用最終離不開人，但因操縱員在操作過程有其不確定性，易發(fā)生人因事故，如，在系統(tǒng)失效中，60%～90%歸于人誤動作[1]；我國核電事故中大約有70%與人自身因素相關(guān)[2]。在這樣的背景下，人因可靠性研究得到迅速發(fā)展，如：人因可靠性分析與預(yù)防方法、影響因子構(gòu)建、失誤機(jī)理研究、情景意識等。但人因數(shù)據(jù)庫的發(fā)展較慢，在某種程度上阻礙了人因可靠性的發(fā)展。針對這種狀況，本文以核電站數(shù)字化主控室為研究對象，提出人因數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，一方面可為人因事故的同步記錄、存儲、查詢、預(yù)防、分析、管理與控制提供技術(shù)支持，另一方面可為數(shù)字化主控室人因數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建提供方法指導(dǎo)，為人因數(shù)據(jù)分析及深層次數(shù)據(jù)挖掘提供數(shù)據(jù)來源。

數(shù)據(jù)庫在人因事故及人因可靠性分析方面的研究成果并不多，特別在數(shù)字化系統(tǒng)下的成果更少。國內(nèi)人因數(shù)據(jù)庫的最初研究成果是以張力教授為代表，但由于某些原因，后續(xù)這方面發(fā)展較慢。張力教授對大亞灣核電站人因數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，提出了人因數(shù)據(jù)的功能、人因可靠性分析所需要的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集原則、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算功能[3，4]。學(xué)者高文宇、張力對人因可靠性數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行了探討，主要研究了人因失誤模式分類體系、人因失誤影響因子分類體系、基準(zhǔn)人因失誤概率、人因可靠性數(shù)據(jù)外推系統(tǒng)[5]。文東山等學(xué)者對電力系統(tǒng)操作人因可靠性分析及其數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行了研究，重點論述了變電站運行操作人因可靠性分析，現(xiàn)有人因可靠性分析方法涉及到的PIFs，電力系統(tǒng)操作任務(wù)場景分類、電力系統(tǒng)人因數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來源、電力系統(tǒng)人因數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)等[6]。趙少剛在其碩士論文中以復(fù)雜武器系統(tǒng)為對象，研究了人因可靠性數(shù)據(jù)采集與分析，具體探討了人因可靠性數(shù)據(jù)的采集準(zhǔn)則，數(shù)據(jù)采集方法，人因數(shù)據(jù)庫建立標(biāo)準(zhǔn)及人因數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能設(shè)計、模塊設(shè)計[7]。

上述研究為人因數(shù)據(jù)庫建立提供了理論指導(dǎo)，為影響因子分類體系、數(shù)據(jù)采集、分類與計算等提供了方法支持，為典型的人因可靠性分析方法提供了數(shù)據(jù)來源，本文以此為基礎(chǔ)，對數(shù)字化背景下的核電站主控室人因事故及人因可靠性分析探討數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，為核電站數(shù)字化主控室人因事故的管理、控制、保存、共享，分析等提供技術(shù)支撐。

1 核電站數(shù)字化主控室人因數(shù)據(jù)來源

1.1 事故報告數(shù)據(jù)

核電站數(shù)字化主控室事故報告是實際事故的記錄，數(shù)據(jù)真實有效且可信度高，對數(shù)字化主控室人因事故辨識、原因分析與事故預(yù)防有重要價值，也可為人因可靠性定性定量分析提供數(shù)據(jù)支持，還可為影響因子取值提供參考。事故分析報告可以是電廠數(shù)字化主控室內(nèi)部的真實記錄，也可是其他電廠主控室或世界核管會發(fā)布的相關(guān)事故報告等。

1.2 模擬實驗數(shù)據(jù)

不定期組織操縱員，對同一事故及不同事故，在不同時間，不同操作環(huán)境進(jìn)行模擬操作而獲得的人因事故數(shù)據(jù)。該方式通過環(huán)境、情景、事故陷阱等設(shè)計可獲得不同情況下的人因事故數(shù)據(jù)，靈活多樣，可彌補(bǔ)真實主控室無法收集到的人因事故數(shù)據(jù)，如：火災(zāi)、地震、人為異常/陷阱設(shè)計等。

1.3 專家判斷數(shù)據(jù)

該方法雖然存在主觀性，但在有些人因事故數(shù)據(jù)無法獲得或缺失的情況下，可通過專家判斷彌補(bǔ)某些數(shù)據(jù)的不足。

1.4 用于分析人因可靠性的影響因子數(shù)據(jù)

一方面，這類數(shù)據(jù)可通過文獻(xiàn)查閱、現(xiàn)場觀察、問卷調(diào)查等獲得；另一方面，可根據(jù)研究對象體系，靜態(tài)或動態(tài)確定影響因子的取值，如：人機(jī)界面復(fù)雜性可根據(jù)具體情況確定、操縱員的心理負(fù)荷可通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)獲得其數(shù)據(jù)。

2 人因可靠性數(shù)據(jù)表設(shè)計

2.1 人因事故數(shù)據(jù)表設(shè)計

人因事故數(shù)據(jù)表主要用來存放、管理、控制、查詢、編輯來自人因事故報告、模擬機(jī)實驗、專家判斷的人因事故數(shù)據(jù)。表的設(shè)計應(yīng)根據(jù)調(diào)研和實際需求重點確定表的類型、字段、字段約束?；诤穗娬緮?shù)字化主控室，以人因事故報告及人因失誤特征為基礎(chǔ)，經(jīng)調(diào)研、訪談、分析，結(jié)合數(shù)據(jù)庫范式，數(shù)據(jù)模式函數(shù)依賴?yán)碚?，建立了人因事故?shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。

人因事故表應(yīng)根據(jù)主事故類型的不同（如SGTR），建立相應(yīng)的事故類型表。從表的結(jié)構(gòu)上來說，不同類型事故的表結(jié)構(gòu)基本一致，如表1所示。

表1 X事故類型的人因事故表結(jié)構(gòu)設(shè)計Tab.1 X structural design of human factor accident table of accident type

同一主事故下的子事件應(yīng)建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)表類型，從表的結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，同一主事故下的子事件表結(jié)構(gòu)一致，如表2所示。

表2 X事故類型下子事件表結(jié)構(gòu)Tab.2 X sub-event table structure under accident type

下面擬建立主事故類型表結(jié)構(gòu)，如表3所示。

表3 主事故表結(jié)構(gòu)Tab.3 Structure of main accident table

其他相關(guān)的表結(jié)構(gòu)如表4-表7所示。

表4 X子事件特征描述表Tab.4 X sub-event feature description table

表5 X子事件過程描述表Tab.5 X sub-event process description table

表6 X子事件原因表Tab.6 X child event cause table

表7 子事件涉及人員編碼表Tab.7 Sub-events involve the personnel code table

2.2 影響因子數(shù)據(jù)表設(shè)計

基本影響因子數(shù)據(jù)表不僅能支撐人因可靠性分析、預(yù)測，還可為人因事故分析、管理、預(yù)防、根原因追溯等提供支持。本文基本影響因子表結(jié)構(gòu)基于其類別分別設(shè)計，若后續(xù)需要對影響因子進(jìn)行增補(bǔ)或新建表結(jié)構(gòu)，可在此結(jié)構(gòu)上進(jìn)行擴(kuò)展，如表8-表14所示。

表8 情景影響因子表結(jié)構(gòu)Tab.8 Table structure of scenario impact factors

表10 生理影響因子表結(jié)構(gòu)Tab.10 Table structure of physiological influencing factors

表11 壓力因子表結(jié)構(gòu)Tab.11 Structure of pressure factor table

表12 班組因數(shù)表結(jié)構(gòu)Tab.12 Structure of shift factor table

表13 組織因數(shù)表結(jié)構(gòu)Tab.13 Structure of organization factor table

表14 硬件因子表結(jié)構(gòu)Tab.14 Structure of hardware factor table

3 結(jié)語

核電廠多年運行經(jīng)驗表明，人因失誤已成為事故的主要原因，越來越引起人們的關(guān)注。人因數(shù)據(jù)庫起到對人誤數(shù)據(jù)的存儲、管理及分析，但人因數(shù)據(jù)庫的發(fā)展比較緩慢，基于此，本文對數(shù)字化背景下的核電站主控室基于文獻(xiàn)閱讀、調(diào)研，梳理出：人誤數(shù)據(jù)來源、人因數(shù)據(jù)基本表結(jié)構(gòu)、表與表之間的關(guān)聯(lián)字段；及用于分析、預(yù)測、尋求根本原因的相關(guān)影響因子的表結(jié)構(gòu)，可為人誤預(yù)警、預(yù)測、人誤行為識別等提供數(shù)據(jù)來源。