楊善強 易燦南 胡 鴻 廖紅梅 劉興治

湖南工學院 安全與環(huán)境工程學院

核電廠數(shù)字化引起信息海量呈現(xiàn)、規(guī)程電子化與大量界面管理任務等變化，可能給人員信息獲取績效帶來不利影響，給核電廠安全運行帶來新的風險。作業(yè)人員從核電廠主控室環(huán)境中獲得電廠信息的認知行為為監(jiān)視行為（即信息獲取行為）[1]。作業(yè)人員操控電廠劃分為“監(jiān)視-狀態(tài)評估-響應計劃-執(zhí)行”四個階段，有效的信息獲取是操控電廠的前提，是狀態(tài)評估、響應計劃與響應執(zhí)行系列活動的基礎[2]。

對人員作業(yè)行為績效的影響因素稱為行為形成影響因子（Performance Shaping Factors，PSFs），PSFs一直是人因可靠性領域的研究熱點，Swain認為PSFs是對人員行為起影響作用的情景環(huán)境因素，包括外部的、內(nèi)部的與應激水平類[3]；張力教授把PSFs擴充到“人-機界面、人的內(nèi)因、作業(yè)特性、組織管理和外部原因”等五個方面[4]；Mosleh在研究IDAC模型[5]認為PSFs包括內(nèi)部和外部兩類。PSFs影響人員作業(yè)效率與可靠性，對人員作業(yè)績效提升有重要意義。本文擬對數(shù)字化核電廠作業(yè)人員視覺信息獲取的影響因素進行分析，通過模擬實驗來開展不同水平下PSFs對其信息獲取效率的影響，以探究提升作業(yè)人員信息獲取效率與降低其人因失誤的途徑。

1 數(shù)字化核電廠作業(yè)人員信息獲取影響因素

核電廠作業(yè)人員的信息獲取績效影響因素復雜，涉及電廠系統(tǒng)結構、任務性質(zhì)、信息特征與呈現(xiàn)方式、人機界面、作業(yè)環(huán)境、人員素質(zhì)、培訓與經(jīng)驗，以及組織管理等。Mumaw等[6]研究了核電廠操作員的監(jiān)視行為影響因素及其應對策略；Vicentes[7]等人發(fā)現(xiàn)警告信息、大量基于計算機顯示的參數(shù)或狀態(tài)畫面等多任務信息給監(jiān)視帶來新困難；Chang等人[8]在IDAC認知模型中考慮了外部和內(nèi)部影響因子；蔣建軍[9]選擇經(jīng)驗、心理壓力、任務復雜度與人機界面5個內(nèi)外部PSFs開展了其對監(jiān)視可靠性試驗研究。參考上述學者對作業(yè)人員信息獲取影響研究成果，結合數(shù)字化核電廠信息的自身屬性，以及信息顯示與管理模式等變化，并綜合考慮核電廠數(shù)字化后作業(yè)環(huán)境、人員素質(zhì)與系統(tǒng)演變等以下三方面客觀情況，篩選與擬定出任務復雜性等7個信息獲取的PSFs，并基于每個PSFs屬性與工程應用需要將其劃分為二個或三個不同影響級別，見表1。

（1）現(xiàn)代核電廠主控室基于人因工程準則與標準設計，照明、噪聲與溫濕度等作業(yè)環(huán)境按照標準設計與建造，環(huán)境因素影響不考慮。

（2）人員按標準選拔培訓，無視力與體力等生理缺陷，生理影響不考慮；“培訓水平”與“知識經(jīng)驗”都與人長時記憶與心智模型相關，且相互影響，合并記為“培訓與知識經(jīng)驗”。

（3）數(shù)字化后核電廠人機界面演變?yōu)槿?系統(tǒng)界面（包括人機界面、信息特征、顯示等），綜合記為“人-系統(tǒng)界面”。

表1 七個被測試PSFs及其等級劃分

2 實驗測試方案與過程

2.1實驗測試方案

（1）實驗參與人員。被試分別來自某核電廠執(zhí)照操作員6名（其中高級操作員2名），以及某大學核技術、安全工程等專業(yè)高年級本科學生22名，平均年齡23.5歲，男性被試20名。學生被試均要接受對應實驗操縱培訓且測試合格，“培訓與經(jīng)驗”因子測試在某核電基地培訓中心完成測試，6名操作員均獲得操縱員職業(yè)資格執(zhí)照。

（2）實驗平臺。實驗模擬平臺由作者所屬團隊基于核電廠蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂事故（Steam Generator Tube Rupture，SGTR），利用Visual Studio Basic.net軟件開發(fā)的，與文獻[9]實驗平臺一致。

（3）實驗測試指標。作業(yè)人員信息獲取績效指標為信息獲取效率（以獲取時間衡量）與準確率，該實驗主要是驗證PSFs對其信息獲取效率的影響程度，擬采用信息獲取時間（Reaction time，RT）來記錄與度量人員信息獲取效率，以驗證各PSFs不同水平下對信息獲取效率的實際影響。

2.2 實驗測試過程

每組實驗有20個信息獲取任務點，當被試執(zhí)行到相應任務點時，應先閱讀任務點的說明，以確定需要獲取的信息，再進行信息搜索，依據(jù)當前任務點需要來調(diào)取二類任務界面，并完成相應操作，最后回到任務信息獲取點。被試獲取該任務點信息的時間包括查看主任務、信息搜索與查看處理二類任務的時間。

“任務復雜性”因子等級為“低”情況下的模擬平臺，其它所有因子不同等級下的模擬均以SGTR事故為背景，模擬實驗操作流程可參見文獻[9]。

3 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與結果討論

3.1 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

每個測試PSFs不同水平的平均RT及變化趨勢，見表2，如圖1-3。

表2 每個PSFs的平均RT及標準方差（ms）

圖1 PSFs不同水平的RT變化曲線

圖2 三水平PSFs的平均RT

圖3 二水平PSFs的平均RT

3.2 實驗結果討論

（1）與其它PSFs相比，新手、存在時間壓力與存在心理壓力時，被試RT顯著增多，見表2，強化培訓、優(yōu)化任務作業(yè)時間窗口與減少心理壓力是提升信息獲取效率的主要途徑。

（2）對“任務復雜度”PSFs來說，當PSFs水平為“低”時，RT明顯少于該PSFs水平為“高”和“中”；“二類管理任務”等級水平對平均RT影響較少，如圖1，與實際情況一致。

（3）“培訓水平與知識經(jīng)驗”、“人-系統(tǒng)界面”、“報警”、“時間壓力”、“心理壓力”因子不同等級水平間的平均RT存在一定差異，可為作業(yè)人員信息獲取效率提升提供路徑。除了“存在心里壓力”，“存在時間壓力”及“新手”三個PSFs對被試人員獲取信息時間影響相對較大外，其它不同等級水平PSFs的RT相差相對較少，與電廠實際觀察結果一致。

（4）當“任務復雜度”及“二類任務管理”兩個PSFs水平均為“L1”及“L2”時，RT非常接近，與“培訓水平與經(jīng)驗”PSFs（當水平為L1”與“L2”）的RT有顯著差異；類似，在水平為“L3”時，前兩個PSFs的RT相差不大，但與“培訓水平與經(jīng)驗”相差顯著，如圖2。

同理，當“人-系統(tǒng)界面”及“時間壓力”為“L1”時，RT基本一致，在“L1”水平，“報警”的RT最少，“時間壓力”的RT最大；在“L2”水平，對于“人-系統(tǒng)界面”、“報警”、“時間壓力”、“心理壓力”的RT呈增長趨勢，如圖3。

（5）平均RT及其方差分析。下面就7個PSFs的總的平均時間及其方差進行分析，如圖4，見表3。

圖4 被試的7個PSFs的平均RT

圖4表明，“心理壓力”、“培訓水平與經(jīng)驗”、“時間壓力”平均RT顯著偏大，是提高作業(yè)效率的主要途徑；其它4個PSFs的RT雖存在差異，但平均RT較接近。

表3 平均RT方差分析

表3中表明，除“二類任務管理”外，其他6個PSFs對RT有顯著影響（P均小于0.001），其對獲取信息時間存在明顯影響，可通過優(yōu)化其不利影響來提高信息獲取效率。

4 結論

（1）數(shù)字化核電廠信息屬性、呈現(xiàn)手段以及管理模式方面的變化導致人員信息獲取特征變化，參考經(jīng)典PSFs體系，篩選數(shù)字化核電廠出作業(yè)人員信息獲取績效的7個PSFs，可為人員行為績效模型研究奠定基礎，以及為其績效提高與信息獲取失誤預防提供參考。

（2）為明確PSFs對作業(yè)人員信息獲取效率的影響及其相對影響程度，基于開發(fā)的虛擬仿真平臺對其獲取效率進行了模擬仿真實驗測試，測試各PSFs不同水平下的RT來驗證其對信息獲取效率的影響。結果表明，篩選的7個PSFs對作業(yè)人員信息獲取效率影響是顯著的；基于7個PSFs影響程度橫向比較發(fā)現(xiàn)，培訓水平與經(jīng)驗、時間壓力與心理壓力是影響信息獲取效率的關鍵因素，為人員信息獲取績效提升與人誤預防提供支持。

（3）基于開發(fā)的模擬平臺獲得的RT絕對值存在一定誤差，但是其數(shù)值代表的影響程度趨勢及其相對值比較也是客觀的。

[1] John M.O'Hara,James C.Higgins,Joel Kramer.Advanced Information Sysems Design:Technical Basis and Human Factors Review Guidance[R].NUREG/CR-6633.Washington,DC:US Nuclear Regulatory Commission,2000

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[6] Randall J.Mumaw,Emilie M.Roth,Kim J.Vicente,Catherine M.Burns.There is more to Monitoring a Nuclear Power Plant than Meets the Eye[J].Human Factors,2000,42(1):36-55

[7] Kim J.Vicente,Catherine M.Burns.A Field Study of Operator Cognitive Monitoring at Pickering Nuclear Generating Station-B[R].Cognitive Engineering Laboratory,CEL 95-04

[8] Y.H.J.Chang,A Mosleh.Cognitive Modeling and Dynamic Probabilistic Simulation of Operating Crew Re-sponse to Complex System Accidents:Part 1:Overviewof the IDAC Model[J].Reliability Engineering&Sys-temSafety,2007,92(8):997-1013

[9] 蔣建軍,張力,王以群,等.數(shù)字化人機界面監(jiān)視過程影響因子的可靠性測試研究[J].安全、健康和環(huán)境,2015,15(8):35-39