数字化核电厂总体运行人机接口探讨

张体学

摘要：随着数字化技术的快速发展，数字化核电厂是核电厂发展的必然趋势。而在数字化核电厂运行过程中，人机接口是重要的组成部分，其设计效果如何，将直接影响数字化核电厂运行的可靠性。基于此，本文在结合数字化核电厂总体运行要求的基础上，重点对人机接口设计方法进行分析研究，以供参考。

关键词：数字化核电厂；总体运行；人机接口；设计方法

在核电厂运行过程中，主要是围绕受控发电和防止释放放射性这两个总目标开展一系列的运行管理工作，简而概括为正常运行和事故运行两大目标。而在数字化核电厂运行过程中，所有的运行任务均需要通过人机接口实现。因此就要求人机接口设计要能满足核电厂总体运行任务的需求，既要满足操作人员总体把握及快速响应的运行要求，也要保证数字化核电厂灵活、多样、可靠的优势充分发挥，对人机接口科学进行设计，以保证核电厂安全、高效、经济、可靠运行。

1、基于数字化核电厂总体运行需求人机接口设计的要求

结合数字化核电厂总体运行需求及人机接口的特性，梳理了在人机接口设计时需注意的相关问题，具体为以下：

1.1 分析核电厂总体运行的功能需求

    为确保设计的人机接口能实际满足核电厂总体运行的需求，在设计之前，有必要结合核电厂的工艺设计、运行管理特点、运行策略等，对核电厂总体运行的功能需求进行分析，由此获得完善的数字化相关总体运行数据，生成分析报告和分析表。其中，在分析报告中，应将核电厂总体运行策略、所需人均接口、操作 人员功能分配、所需信息或设备等内容包含在其中。

1.2 严格按照设计导则规范开展设计

    在对核电厂总体运行功能需求分析后，必须要严格按照设计导规范进行人机接口设计。在这一过程中，需要充分明确人机接口设计和人机接口人因这两个方面的要求。其中，人机接口设计要求应充分体现数字化总体运行需求，具体设计要求包括：需满足相关法规标准，如NUREC-700、NUREC-711等；应是在单面系统画面基础上开发，若无特殊需求，全部显示的图素均来自单系统画面；遵循统一的原则进行设计，保证风格的一致性。人机接口人因要求，主要强调人机接口的友好性与有效性，具体要求包括：设计标准的信息布置模板，使人机接口界面更加友好，便于运行人员查询和使用相关信息；综合考虑人机接口信息完整性与功能性；尽可能地简化人机接口规模及数量；重视初步设计结果的优化，保证设计的人机接口更加人性化。

1.3 开展相关验证及确认工作

在初步完成人机接口设计工作后，需及时通过相关验证与确认工作，对设计效果进行分析验证。一方面，可在工程验证机上进行验证与确认，这样可在设计时及时提供反馈，进而完善设计；另一方面，可在全范围模拟机上进行验证与确认，用于对操作人员要求的信息和电厂设备控制功能在人机接口中可用性进行检验。

2、基于数字化核电厂总体运行需求人机接口设计的方法

在明确人机接口设计总体要求后，进行详细地设计方法编制，设计方法具体如下：

2.1  总体运行功能分析策略

在进行人机接口设计前，需对数字化总体运行功能进行分析，分析内容包括功能要求分析、功能分配分析、操作策略分析和任务分析验证这四个部分，具体的流程可图1所示。

图1 总体运行功能分析策略

其中，在功能要求分析中，具体需要结合核电厂安全目标与经济目标确定相应的执行功能；在功能分配分析中，重点是结合核电厂的控制要求对控制功能分配进行分析；在操作策略分析中，重点是对控制室任务及就地控制站的任务进行分析确认；在任务分析验证中，则应重点关注可用信息完整性、执行任务时间、操作人员工作负荷、运行人员配备这四个方面。

2.2  人机接口设计流程

在人机接口设计时，需结合核电厂总体运行任务要求，对总体运行策略所需的监视及控制功能进行分析，之后结合核电厂的工艺设计、运行管理特点等进一步细化监视与控制功能，确定核电厂在启停及事故处理过程中所需的监视与控制信息，为后续人机接口设计提供依据。

在人机接口设计过程中，其设计流程见图2。具体过程如下：

（1）筛选出总体运行任务中的功能，获取设计所需的功能清单。在功能筛选过程中，应遵循这几点原则：确保筛选的功能模块能满足核电厂运行控制所需的监视与控制信息，包括核蒸汽供应系统所需的控制信息、核电厂运行模式转换时所需的监信息等；确保筛选的功能模块能满足核电厂总体运行时的快速执行大瞬台操作及各个系统复杂操作所需；确保筛选的功能模块具有通用性，可用在不同总体运行任务中。

（2）整合与筛选信息清单，目的是方便运行，减少屏幕切换操作频次，使每个总体运行接口均在一个屏幕上显示。在具体筛选和分类过程中，需注意：功能模块中的控制操作手段与监视手段，需包含在总体运行人机接口中；功能模块中控制操作手段与监视手段对应的信息，也应包含在总体运行人机接口中，以保证操作与信息反馈一致；针对主要操作步骤中未直接要求的监视信息，但可便于操作人员了解功能模块情况，可在人机接口中保留概况信息，或者增加去往单系统画面的导航链接。

（3）确定固定布置原则，完成设计。在完成信息筛选与分类整理后，综合考虑操作人员的操作方便性，确定固定布置的原则，确保各种信息合理布置，进而完成人机接口设计。在具体布置过程中，需注意：以单系统显示功能作为参考进行人机接口的布置，确保信息显示具有规律性，便于操作人员学习和使用信息；按照单系统显示功能的流程形式进行信息布置，或者以某个重要设备如稳压器、汽轮机等为中心进行信息布置；清楚显示各个系统及设备的上下游关系，用不同的颜色背景对不同系统进行区分；就近布置导航链接。

（4）对人机接口中操作及监视信息进行分析评价，对信息的完整性进行判断，以此为据进行信息补充，确保人机接口设计切实满足总体运行要求。

图2 人机接口设计流程

2.3  设计效果评价与验证

在完成人机接口设计后，还需进行相应的验证和确认，验证和确认的内容主要包括：人机接口信息是否完整、正确；人机接口信息的布置是否合理；人机结构上其他辅助控件是否满足总体运行要求。

结语：

数字化背景下，数字化核电厂是发展的必然趋势，但同时也对核电厂的运行管理提出了更高的要求。而从数字化核电厂角度看，核电厂全部运行人员均需要操作人员通过人机接口来实现，因此就有必要在明确核电厂总体运行要求的基础上，科学合理进行人机接口的设计。在人机接口设计过程中，首先需要明确总体运行功能需求，之后详细制定人机接口设计方案，最后还要对设计方案进行验证与确认。通过这样的设计方式，确保最终设计的人机结构能够实际满足数字化核电总体运行要求，为数字化核电厂安全、高效、经济、可靠运行提供保障。

参考文献：

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