数字化核电厂作业人员信息获取影响因素分析及其获取效率实验测试*

杨善强 易灿南 胡 鸿 廖红梅 刘兴治

湖南工学院 安全与环境工程学院

核电厂数字化引起信息海量呈现、规程电子化与大量界面管理任务等变化，可能给人员信息获取绩效带来不利影响，给核电厂安全运行带来新的风险。作业人员从核电厂主控室环境中获得电厂信息的认知行为为监视行为（即信息获取行为）[1]。作业人员操控电厂划分为“监视-状态评估-响应计划-执行”四个阶段，有效的信息获取是操控电厂的前提，是状态评估、响应计划与响应执行系列活动的基础[2]。

对人员作业行为绩效的影响因素称为行为形成影响因子（Performance Shaping Factors，PSFs），PSFs一直是人因可靠性领域的研究热点，Swain认为PSFs是对人员行为起影响作用的情景环境因素，包括外部的、内部的与应激水平类[3]；张力教授把PSFs扩充到“人-机界面、人的内因、作业特性、组织管理和外部原因”等五个方面[4]；Mosleh在研究IDAC模型[5]认为PSFs包括内部和外部两类。PSFs影响人员作业效率与可靠性，对人员作业绩效提升有重要意义。本文拟对数字化核电厂作业人员视觉信息获取的影响因素进行分析，通过模拟实验来开展不同水平下PSFs对其信息获取效率的影响，以探究提升作业人员信息获取效率与降低其人因失误的途径。

1 数字化核电厂作业人员信息获取影响因素

核电厂作业人员的信息获取绩效影响因素复杂，涉及电厂系统结构、任务性质、信息特征与呈现方式、人机界面、作业环境、人员素质、培训与经验，以及组织管理等。Mumaw等[6]研究了核电厂操作员的监视行为影响因素及其应对策略；Vicentes[7]等人发现警告信息、大量基于计算机显示的参数或状态画面等多任务信息给监视带来新困难；Chang等人[8]在IDAC认知模型中考虑了外部和内部影响因子；蒋建军[9]选择经验、心理压力、任务复杂度与人机界面5个内外部PSFs开展了其对监视可靠性试验研究。参考上述学者对作业人员信息获取影响研究成果，结合数字化核电厂信息的自身属性，以及信息显示与管理模式等变化，并综合考虑核电厂数字化后作业环境、人员素质与系统演变等以下三方面客观情况，筛选与拟定出任务复杂性等7个信息获取的PSFs，并基于每个PSFs属性与工程应用需要将其划分为二个或三个不同影响级别，见表1。

（1）现代核电厂主控室基于人因工程准则与标准设计，照明、噪声与温湿度等作业环境按照标准设计与建造，环境因素影响不考虑。

（2）人员按标准选拔培训，无视力与体力等生理缺陷，生理影响不考虑；“培训水平”与“知识经验”都与人长时记忆与心智模型相关，且相互影响，合并记为“培训与知识经验”。

（3）数字化后核电厂人机界面演变为人-系统界面（包括人机界面、信息特征、显示等），综合记为“人-系统界面”。

表1 七个被测试PSFs及其等级划分

2 实验测试方案与过程

2.1实验测试方案

（1）实验参与人员。被试分别来自某核电厂执照操作员6名（其中高级操作员2名），以及某大学核技术、安全工程等专业高年级本科学生22名，平均年龄23.5岁，男性被试20名。学生被试均要接受对应实验操纵培训且测试合格，“培训与经验”因子测试在某核电基地培训中心完成测试，6名操作员均获得操纵员职业资格执照。

（2）实验平台。实验模拟平台由作者所属团队基于核电厂蒸汽发生器传热管破裂事故（Steam Generator Tube Rupture，SGTR），利用Visual Studio Basic.net软件开发的，与文献[9]实验平台一致。

（3）实验测试指标。作业人员信息获取绩效指标为信息获取效率（以获取时间衡量）与准确率，该实验主要是验证PSFs对其信息获取效率的影响程度，拟采用信息获取时间（Reaction time，RT）来记录与度量人员信息获取效率，以验证各PSFs不同水平下对信息获取效率的实际影响。

2.2 实验测试过程

每组实验有20个信息获取任务点，当被试执行到相应任务点时，应先阅读任务点的说明，以确定需要获取的信息，再进行信息搜索，依据当前任务点需要来调取二类任务界面，并完成相应操作，最后回到任务信息获取点。被试获取该任务点信息的时间包括查看主任务、信息搜索与查看处理二类任务的时间。

“任务复杂性”因子等级为“低”情况下的模拟平台，其它所有因子不同等级下的模拟均以SGTR事故为背景，模拟实验操作流程可参见文献[9]。

3 实验数据统计分析与结果讨论

3.1 实验数据统计

每个测试PSFs不同水平的平均RT及变化趋势，见表2，如图1-3。

表2 每个PSFs的平均RT及标准方差（ms）

图1 PSFs不同水平的RT变化曲线

图2 三水平PSFs的平均RT

图3 二水平PSFs的平均RT

3.2 实验结果讨论

（1）与其它PSFs相比，新手、存在时间压力与存在心理压力时，被试RT显著增多，见表2，强化培训、优化任务作业时间窗口与减少心理压力是提升信息获取效率的主要途径。

（2）对“任务复杂度”PSFs来说，当PSFs水平为“低”时，RT明显少于该PSFs水平为“高”和“中”；“二类管理任务”等级水平对平均RT影响较少，如图1，与实际情况一致。

（3）“培训水平与知识经验”、“人-系统界面”、“报警”、“时间压力”、“心理压力”因子不同等级水平间的平均RT存在一定差异，可为作业人员信息获取效率提升提供路径。除了“存在心里压力”，“存在时间压力”及“新手”三个PSFs对被试人员获取信息时间影响相对较大外，其它不同等级水平PSFs的RT相差相对较少，与电厂实际观察结果一致。

（4）当“任务复杂度”及“二类任务管理”两个PSFs水平均为“L1”及“L2”时，RT非常接近，与“培训水平与经验”PSFs（当水平为L1”与“L2”）的RT有显著差异；类似，在水平为“L3”时，前两个PSFs的RT相差不大，但与“培训水平与经验”相差显著，如图2。

同理，当“人-系统界面”及“时间压力”为“L1”时，RT基本一致，在“L1”水平，“报警”的RT最少，“时间压力”的RT最大；在“L2”水平，对于“人-系统界面”、“报警”、“时间压力”、“心理压力”的RT呈增长趋势，如图3。

（5）平均RT及其方差分析。下面就7个PSFs的总的平均时间及其方差进行分析，如图4，见表3。

图4 被试的7个PSFs的平均RT

图4表明，“心理压力”、“培训水平与经验”、“时间压力”平均RT显著偏大，是提高作业效率的主要途径；其它4个PSFs的RT虽存在差异，但平均RT较接近。

表3 平均RT方差分析

表3中表明，除“二类任务管理”外，其他6个PSFs对RT有显着影响（P均小于0.001），其对获取信息时间存在明显影响，可通过优化其不利影响来提高信息获取效率。

4 结论

（1）数字化核电厂信息属性、呈现手段以及管理模式方面的变化导致人员信息获取特征变化，参考经典PSFs体系，筛选数字化核电厂出作业人员信息获取绩效的7个PSFs，可为人员行为绩效模型研究奠定基础，以及为其绩效提高与信息获取失误预防提供参考。

（2）为明确PSFs对作业人员信息获取效率的影响及其相对影响程度，基于开发的虚拟仿真平台对其获取效率进行了模拟仿真实验测试，测试各PSFs不同水平下的RT来验证其对信息获取效率的影响。结果表明，筛选的7个PSFs对作业人员信息获取效率影响是显著的；基于7个PSFs影响程度横向比较发现，培训水平与经验、时间压力与心理压力是影响信息获取效率的关键因素，为人员信息获取绩效提升与人误预防提供支持。

（3）基于开发的模拟平台获得的RT绝对值存在一定误差，但是其数值代表的影响程度趋势及其相对值比较也是客观的。

[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

[2] 胡鸿,张力,蒋建军,等.核电厂数字化人-机界面监视转移路径预测方法及其应用[J].核动力工程,2014,(3):105-110

[3] SwainAD,GuttmannHE.Handbook of Human Reliability Analysis with Emphasis on Nuclear Power Plant Applications[R].NUREG/CR-1278.Washington,DC:US Nuclear Regulatory Commission,1983

[4] 张力.人机系统中人员行为形成因子[J].安全,1992,(5):4-6

[5] S-H.Shen,C.Smidts,A.Mosleh.Amethodoloty for Collection and Analysis of Human Error Data Based on a Cognitive Model:IDA[J].Nuclear Engineering and Design,1997,(172):157-186

[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] 蒋建军,张力,王以群,等.数字化人机界面监视过程影响因子的可靠性测试研究[J].安全、健康和环境,2015,15(8):35-39