核电厂主控室的数字化人机界面设计和评价

王昊鲁，刘 禹

（海南核电有限公司，海南昌江 572733）

0 引言

人因失误是比较常见的核电厂事故因素，而导致出现人因失误的关键原因之一就是人机界面的设计不合理，人机界面设计合理是减少人因失误、有效预防核电事故发生的关键保障。但是想要达到预期的主控室人机界面设计，就应当采用合理科学的人机界面评价手段，完成人机界面设计过程的全面监督[1]。核电厂主控室作为正常运行整个核电厂的关键中枢，更作为人机交互的关键场所，配备了核电厂运行情况的监控系统，加上系统运行中存在诸多变量，设备自动化程度较高，对于人机界面设计也提出更高要求。本文提出核电厂主控室数字化人机界面设计评价方法，可为类似研究提供参考借鉴。

1 核电厂数字化主控室人机界面

随着近年来计算机信息技术的飞速发展，新型数字化核电厂主控系统逐渐成为如今技术主流，达到智能化、集中化、精准化系统控制管理。相较传统电场主控室，很大程度改变了数字化主控室核电厂的显示、控制方式，人机界面及操作行为也发生极大改变[2]。对于人机交互，核电厂的繁杂信息和警报获取、操作、管理等难度较大，并且会对工作人员的判断造成干扰。数字化控制室通过人机界面虽然承载了多界面，但是并未拥有充足空间连续显示，再加上仪表控制系统显示屏存在上千万复杂交互界面的包含可能性，为了有效完成对电场的监控任务，操作者还需要负责工作站界面管理。

核电厂数字化主控室人机界面特点，包括信息显示，数字化人机界面实现了多媒体结合软控制，对于信息显示画面感有效增强，并对操作者的实际视觉疲劳度有效减缓；从人因工程视角，核电厂主控室人机交互界面，对设备运行工作参数集中提供，实现动静结合且可靠的工况显示方式；主控室人机界面能够实现人机功能的合理分配，也具备更强大的信息处理能力[3]。通过数字化人机界面操作对于视觉显示效果更依赖，获取视觉信息也取决于数字化人机界面信息显示优劣程度。

2 建立核电厂主控室数字化人机界面评价指标体系

2.1 评价因素

核电厂主控室实现数字化人机交互界面设计中，包含了显示器、监控设备、操作设备、中央显示设备等，人机界面设计的关键在于如何实现合理布局。本部分划分核电厂主控室数字化人机界面评价指标体系共计4 类：硬件，软件，工作空间和作业环境。由图1 的因果关系能够发现，主控室人机界面评价各因素呈阶梯式递进[4]。其中硬件界面包括了控制台平台、显示装置评价、操作装置评价、仪表盘面评价等因素，在布设面板时需要以操作功能、重要性各方面作为着手点完成编组。工作空间评价因素则涵盖了活动空间、心理空间两方面，要求主控室具备较大空间条件确保所有监控活动的顺利完成。作业环境评价包括了视觉、温热、听觉三大环境组成，确保工作环境良好作为操作者能够高效安全操作的保障[5]。软件界面评价因素就是中央显示屏界面与监控界面，保证显示信息的方便读取、清晰明了、规范理解，软件界面需要包含系统反馈、联机处理、系统提示等能力。

图1 主控室人机界面评价因素

2.2 人机界面评价指标体系

结合以上四大因素建立人机界面评价指标体系共分为4 个子指标体系，主控室数字化人机界面评价指标体系框架见图2。

图2 主控室数字化人机界面评价指标体系框架

3 主控室数字化人机界面设计

在设计核电厂主控室人机界面时主要包括两类画面：第一类是系统操作画面，以系统操作工艺流程图为依据，为整个核电厂工艺系统完成设计的画面；第二类画面作为高级画面，不同于系统操作画面，并不是与工艺流程图相对应，而是专门为了完成任务所设计的综合画面或者总体画面。在一项任务完成中会与多类工艺系统有所涉及，所以高级画面内部往往也涵盖了多系统设备信息[6]。因为核电厂整体系统流程尤为复杂，所以在人机界面设计中需要与系统工艺流程相吻合，与功能分析、匹配相符并融入人因设计。

3.1 人机界面显示信息

在现代化核电厂主控室人机界面设计中，运用图形信息显示采用4～5 个LED 屏幕展示核电厂的全貌，工作站屏幕会对部分画面准确显示，计算机信息显示能够允许信息叠加、滚动、分层，突破空间物理局限，相较传统人机界面的局限更为全面可靠。传统人机界面在设计中需要对人为因素充分考虑，而大量信息则会导致操作者在查看、判断和选择中产生诸多干扰，最终出现操作失误[7]。

3.2 人机界面设计标准

（1）布局。在画面上需要由上至下、由左至右地设计总体画面布局。

（2）字体。在被描述对象靠近界面位置进行信息描述，保证信息的明确清晰并采用统一字号和字体，不可以采用简写。

（3）线型。保证设备的所有连接线都可以横平竖直，尽可能避免发生斜线，并且与管道内的流体具体类型结合为依据，选择适当的线色、线宽，合理添加箭头用以表示具体流向[8]。

（4）图元。结合人机界面的具体操作任务，正确选择设备图元，具体可以划分为设备、数字警报、参数显示等三类图元，在人机界面设计中设定图元设备，可以在显示的同时满足控制需要。由于设备的差异化类型，最终的界面放置位置也存在差异，如气动阀、电磁阀等阀门类设备需要明确放置的水平或垂直具体位置。数字警报图元设备在设计时，也包括了控制、无控制两类图元，应当以系统逻辑为依据选择相应的图元类型；由于较多的参数显示图元类型，目前比较常见的图元类型包括了数字读出、图表和条状图，对于数字读出应当针对性选择参数类型，准确区分参数正常与否，确定显示格式、具体量程和计量单位[9]。

（5）画面连接。可以将相应链接添加于存在链接关系的画面中，画面链接中包含了静态、动态两类，静态链接仅显示信息，无法实现点击跳转，动态链接可以跳转至对应画面中。

4 结语

如今基于人因工程学完成的人机界面设计，已经在我国现代化核电厂主控室人机界面设计中广泛应用，人机界面能够实现更简洁的操作，并有效降低人因失误。通过研究建立了核电厂主控室的数字化人机界面评价体系，旨在能够更好地服务于我国核电厂监控工作。