人因工程在DCS系統人機界面設計中的應用

畢艷梅++ 金亞東++鄧子超

摘 要：隨著工業化信息化的飛速發展，人因工程學越來越受到人們的關注。人因工程設計的引入能夠減少人的失誤，提高設計的安全性、可靠性和易用性。該文從人因工程的應用入手，介紹了DCS系統中人因工程在人機界面設計過程中的設計方法和重要性。

關鍵詞：人因工程 人機界面 DCS

中圖分類號：TP202 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（c）-0118-02

人因工程（Human Factor Engineering）是以人為核心因素，將心理學、生理學、解剖學、人體測量學等知識運用于工程技術設計和管理，特別是安全設計和安全管理。以人為本，著眼于提高人的工作績效，防止人的失誤，在盡可能保證人員安全、舒適的條件下，統一考慮人、機器、環境系統總體性能的優化。簡單來說人因工程的目的就是：使人工作得更有效、更安全、更舒適。眾所周知，在電站DCS項目中，特別是在控制室的設計中，人因工程得到了廣泛的應用，如，盤臺結構設計、盤臺布置、噪音分析、照明設計等。該文的重點在于描述人因工程在人機界面設計中的應用。

人機界面安裝在操縱員工作站上，以可視化的界面提供與操縱員交互的方式，操縱員通過人機界面可以對電廠的整體情況和電廠設備進行監視和控制，因此人機界面設計得是否合理友好，直接影響操縱員的反應速度、工作效率和工作質量。

1 人因工程審查原則

在美國核管會人因工程審查大綱NUREG-0711中，對人因工程的審查原則做了如下的規定。

（1）第一階段：計劃和分析（Planning and Analysis）。

①人因工程項目管理（HFE Program Management）：制定計劃以引導和規范整個人因工程的工作。

②運行經驗審查（Operating Experience Review）：回顧之前電站的運行經驗，以盡量避免發生類似的問題。

③功能分析和分配（Functional Requirements Analysis and function Allocation）：分析確定系統的功能以及由誰（人或機器）來做。

④任務分析（Task Analysis）：確定如何完成工作。

⑤人員配備和資質（Staffing & Qualification）：確定所需人員的資質和能力。

⑥人員可靠性分析（Human Reliability Analysis）：評估因為操作員的誤操作而給電站帶來的安全隱患。

（2）第二階段：設計（Design）。

①人機界面設計（Human-System Interface Design）：設計人機界面，確定相關的顯示和操作信息。

②規程設計（Procedure Development）：根據人因工程分析的結果制定操作規程。

③培訓項目（Training Program Development）：根據人因工程原則制定培訓項目。

（3）第三階段：驗證和確認（Verification and Validation）。

人因驗證和確認（Human Factors Verification and Validation）：依據人因標準對設計進行驗證和確認。

（4）第四階段：執行和操作（Implementation and Operation）。

①設計實現（Design Implementation）：根據人因分析的結果，對具體的方案進行實現。

②人員績效監控（Human Performance Monitoring）：準備人員績效的監控策略，以預防人為因素造成的重大安全事故。

2 人因工程在畫面設計中的應用

人因工程應用在畫面設計過程中經歷了3個分析和設計階段。

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

（2）任務分析（Task Analysis）。

（3）人機界面設計（Human System Interface Design）。

2.1 功能分析和分配

功能分析和分配的目的是確認系統是做什么的，由誰來完成。

簡單來說，功能分析是通過分析系統的設計輸入，確認系統完成的功能（Function）；然后將系統的功能拆分成多個進程（Process），每個進程完成實現這個功能的一部分工作；由于每個進程中包含著固定的設備（Component）和參數（Parameter），設備狀態不同，則該進程完成的功能也就存在差別。最終我們通過功能框圖（Functional Block Diagram）來表示分析結果。功能分配主要是在功能分析的基礎上，針對每一個模式和模式變化來進行配置，它的目的是定義相應的操作和控制過程“由誰來做”。

2.2 任務分析

任務分析是基于功能分析和分配來做的，任務分析的目的是確認為了完成功能需要執行哪些任務，簡單來說就是“怎么做”。任務分析最終將一個完整的功能拆分成了一個個可執行的具體的動作，為操作和驗證提供了完整而詳細的參照。任務分析的結果可以為設計方案的確定提供基礎，確保人員行為的要求沒有超出人的能力范圍，并為規程、人員安排、培訓計劃的開發提供基本的輸入信息，為執行任務所需的顯示、數據處理和控制要求的落實提供基礎。

2.3 人機界面設計

我們進行功能分析和分配以及任務分析，最終的目的就是為了設計出符合顯示和控制要求的人機界面。簡單來說我們在設計人機界面時關注下面幾個方面。

（1）畫面元素的完整性：必須保證所有在功能分析和分配以及任務分析中涉及的設備、參數都包含在畫面當中。

（2）動態設備：對設備類型、顯示要素、操作命令等進行分析并歸類，設計DCT（Display Connection Table）表。

（3）靜態畫面：即畫面的靜態顯示效果，著重于安排布局的合理性。

在人機界面設計的過程中也必須遵守人因工程的原則，在背景、線條、顏色、字體、元件等的繪制上都有嚴格的要求，具體在美國核管會人機接口審查大綱NUREG-0700中有詳細的規定。

3 結語

人因工程廣泛應用于DCS控制室和人機界面的設計過程當中。該文從畫面設計的角度介紹了人因工程的實施方案，隨著工業控制領域的日趨成熟和發展，人因工程的引入越來越體現出其重要性，為電站的安全運行提供有效的保障。

參考文獻

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

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