人因工程在DCS系统人机界面设计中的应用

毕艳梅++ 金亚东++邓子超

摘 要：随着工业化信息化的飞速发展，人因工程学越来越受到人们的关注。人因工程设计的引入能够减少人的失误，提高设计的安全性、可靠性和易用性。该文从人因工程的应用入手，介绍了DCS系统中人因工程在人机界面设计过程中的设计方法和重要性。

关键词：人因工程 人机界面 DCS

中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（c）-0118-02

人因工程（Human Factor Engineering）是以人为核心因素，将心理学、生理学、解剖学、人体测量学等知识运用于工程技术设计和管理，特别是安全设计和安全管理。以人为本，着眼于提高人的工作绩效，防止人的失误，在尽可能保证人员安全、舒适的条件下，统一考虑人、机器、环境系统总体性能的优化。简单来说人因工程的目的就是：使人工作得更有效、更安全、更舒适。众所周知，在电站DCS项目中，特别是在控制室的设计中，人因工程得到了广泛的应用，如，盘台结构设计、盘台布置、噪音分析、照明设计等。该文的重点在于描述人因工程在人机界面设计中的应用。

人机界面安装在操纵员工作站上，以可视化的界面提供与操纵员交互的方式，操纵员通过人机界面可以對电厂的整体情况和电厂设备进行监视和控制，因此人机界面设计得是否合理友好，直接影响操纵员的反应速度、工作效率和工作质量。

1 人因工程审查原则

在美国核管会人因工程审查大纲NUREG-0711中，对人因工程的审查原则做了如下的规定。

（1）第一阶段：计划和分析（Planning and Analysis）。

①人因工程项目管理（HFE Program Management）：制定计划以引导和规范整个人因工程的工作。

②运行经验审查（Operating Experience Review）：回顾之前电站的运行经验，以尽量避免发生类似的问题。

③功能分析和分配（Functional Requirements Analysis and function Allocation）：分析确定系统的功能以及由谁（人或机器）来做。

④任务分析（Task Analysis）：确定如何完成工作。

⑤人员配备和资质（Staffing & Qualification）：确定所需人员的资质和能力。

⑥人员可靠性分析（Human Reliability Analysis）：评估因为操作员的误操作而给电站带来的安全隐患。

（2）第二阶段：设计（Design）。

①人机界面设计（Human-System Interface Design）：设计人机界面，确定相关的显示和操作信息。

②规程设计（Procedure Development）：根据人因工程分析的结果制定操作规程。

③培训项目（Training Program Development）：根据人因工程原则制定培训项目。

（3）第三阶段：验证和确认（Verification and Validation）。

人因验证和确认（Human Factors Verification and Validation）：依据人因标准对设计进行验证和确认。

（4）第四阶段：执行和操作（Implementation and Operation）。

①设计实现（Design Implementation）：根据人因分析的结果，对具体的方案进行实现。

②人员绩效监控（Human Performance Monitoring）：准备人员绩效的监控策略，以预防人为因素造成的重大安全事故。

2 人因工程在画面设计中的应用

人因工程应用在画面设计过程中经历了3个分析和设计阶段。

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

（2）任务分析（Task Analysis）。

（3）人机界面设计（Human System Interface Design）。

2.1 功能分析和分配

功能分析和分配的目的是确认系统是做什么的，由谁来完成。

简单来说，功能分析是通过分析系统的设计输入，确认系统完成的功能（Function）；然后将系统的功能拆分成多个进程（Process），每个进程完成实现这个功能的一部分工作；由于每个进程中包含着固定的设备（Component）和参数（Parameter），设备状态不同，则该进程完成的功能也就存在差别。最终我们通过功能框图（Functional Block Diagram）来表示分析结果。功能分配主要是在功能分析的基础上，针对每一个模式和模式变化来进行配置，它的目的是定义相应的操作和控制过程“由谁来做”。

2.2 任务分析

任务分析是基于功能分析和分配来做的，任务分析的目的是确认为了完成功能需要执行哪些任务，简单来说就是“怎么做”。任务分析最终将一个完整的功能拆分成了一个个可执行的具体的动作，为操作和验证提供了完整而详细的参照。任务分析的结果可以为设计方案的确定提供基础，确保人员行为的要求没有超出人的能力范围，并为规程、人员安排、培训计划的开发提供基本的输入信息，为执行任务所需的显示、数据处理和控制要求的落实提供基础。

2.3 人机界面设计

我们进行功能分析和分配以及任务分析，最终的目的就是为了设计出符合显示和控制要求的人机界面。简单来说我们在设计人机界面时关注下面几个方面。

（1）画面元素的完整性：必须保证所有在功能分析和分配以及任务分析中涉及的设备、参数都包含在画面当中。

（2）动态设备：对设备类型、显示要素、操作命令等进行分析并归类，设计DCT（Display Connection Table）表。

（3）静态画面：即画面的静态显示效果，着重于安排布局的合理性。

在人机界面设计的过程中也必须遵守人因工程的原则，在背景、线条、颜色、字体、元件等的绘制上都有严格的要求，具体在美国核管会人机接口审查大纲NUREG-0700中有详细的规定。

3 结语

人因工程广泛应用于DCS控制室和人机界面的设计过程当中。该文从画面设计的角度介绍了人因工程的实施方案，随着工业控制领域的日趋成熟和发展，人因工程的引入越来越体现出其重要性，为电站的安全运行提供有效的保障。

参考文献

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

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