人因工程与核电站控制室设计的美学探讨.pdf

日 班遮盐 墨日 D o i： 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 6 7 1 - 1 0 4 1 2 0 1 3 0 3 0 0 6 人因工程与核电站控制室设计的美学探讨 倪 莹 ，胡立生 ，谷鹏飞。 ，张建波 ( 1 , 2 上海交通大学 ，上海 2 0 0 2 4 0 ；3 ， 4 中国广东核电集团，深圳 5 1 8 0 2 8 ) 器 麦 摘要：近些年随着人 因工 程在核 电站控制室设计 中的应用 ，核 电站人机界面逐渐进入人机协调 发展 期，相比之前基于模拟 技术的人机界面，人机交互性得到了进一步提高。本文基于人机界面的技术发展趋势，结合人因工程和核电站控制室设计 设计的应用，对核 电站控 制室的室内设计进行分析 ，重点探讨 了美学在人机环境设计中的作用 。 关键词：人因工程；核电站控 制室；室内环境设计 ；人机环境 ；美学 中图分类号 ：Z H9 8 8 9 文献标 志码 ：A The ae s t he t ic s be t w e en HFE and c ont r o l r oo m de s ign o f NPP N I Yin g ， H U L is h e ng e ，GU Pe n g f e i3,ZHANG J ia n - b o ( 1 , 2 S h a n g h a i J i a o To n g Un i v e r s it y ， S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 ， Ch in a ； 3 , 4 Ch in a Gu a n g d o n g Nu c le a r P o we r Gr o u p ， S h e n z h e n 5 1 8 1 2 4 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： Si n c e h uma n f a c t or e n g i n e e r i n g( HF E1 h a s b e e n mo r e a n d mo r e u s e d in c o n t r o 1 r o o m d e s i g n o f n u c l e a r p o we r p l a n t ( NP P ) ， t h e h u ma n - ma c h i n e i n t e r f a c e h a s g r a d u a l l y e n t e r e d t h e p h a s e o f h a r mo n i o u s d e v e l o p me n t C o mp a r i n g wi t h t h e a n a lo g t e c h n o lo g y wh i c h wa s u s ed I n t h e h u ma n -ma c h in e in t e d ac e in t h e p a s t h u ma n m a c h in e in t e r a c t io n h a s b e e n e n h a n c e d gr e a t l y Ac c o r d i n g t o t h e t e c hn ol o g y d e v e l o p me n t o f h u man - ma c hi n e i n t e r f a c e a n d t h e HFE a p pl i c a t i o n i n c on t r o I r o o m d e s i g n o f NPP， t h e s t u d y a n a l y z e s t h e i n t e r i o r en v i r o n me n t d e s i g n o f NPP c o n t r o I r o om s p e c i a l l y t h e f u n c t i o n b e t we e n a es t h e t ic s a n d h u ma n -ma c h in e e n v ir o n men t d e s ig n Ke y wor d s ： HFE； c o n t r o l r o o m o f NPP； i n t e r i o r e n v i r o n me n t d e s i gn ： h u man ma c h i n e e n v ir o n me n t ；a es t h e t i c s 0 引言 人 _I 程学 ( Hu ma n F a c t o r E n g i n e e r in g 或E r g o n o mic s ) 又称。 I 效学 、人机一 呈学 、人类 亡 效学 、人体工学 、人因 学 等 ，是 一门重要 的工程技 术学科 。它是管理科 学中T业 丁程 ( I E，I n d u s t r ia l E n g in e e r in g)专业的一个分支，是研 究人和机器 、环境的相互作用及其合理结合 ，使设计的机 器和环境系统适合人的生理 、心理等特点 ，达到在生产 中提高效率 、安全 、健康和舒适 目的的一门科学。l 其中侧 重于研究人对环境的精神认知称为c o g n it iv e e r g o n o mic s ， 而侧 重于研究环境 施加给人 的物理影响称 为P h y s i C a l e r g o no mic s 。 核 电被称 为复杂 的社会一技 术系统 ，包括技术设 备 、 人的群体和组织_ 一类元素的大型经济实体 ，属技术密集 型 J 。安全是核电存在和发展的基础 ，一旦发生事故，不 但造成重大的人员和经济损失，也会产生超 出自身范嗣 的r 大社会负面影响。通过统计发现，引发核电各种事 故 的诸因素 中 ，人 因失 效 占主导地 位。从2 O 世纪 的7 O 年代 起 ，国际上 出现 了两 次震惊人类 的重大核 事故 ，即美 国i 哩岛 ( T h r e e Mil e I s la n d) 严重核事故和前苏联切尔诺贝利 ( C h e r n o b y 1 ) j m z 2 2 核事故0 。设计缺欠和设备故障固然是引发 因素 ，但主要事故进程是由人 因失效所主导的。在核电行 业，人因失效所弓 1 发的各种事故和安全事件，占到总数的 5 0 85 核 电人 六 I T程 的研究 ，可 以追溯到 2 0 世纪 的6 0 年代 。 2 6 ElC VO1 20 2 01 3 NO 3 l9 7 3 年，I E E E 的 T r a n s a c t i o n o f R e lia b il it y 发表了 “ 人的 可靠性”论文集 ，标志着核电人因丁程研究领域的确立。 在1 9 7 9 年3 月的美国三哩岛严重核事故后，人 T程成为核 电安全研究的主流 】 。 多年来，在该领域各国均处于边研究边应用的状态。 一 些 人 因工程 的研究成果 已应用 于我 国的核电站 ，如岭澳 二期的数字化控制室 】 。人 _T程研究人机交互作用 ，把 人的特点引入工程设计 ，以期获得安全和高效的性能。因 此，目前人因工程与核电站控制室设计是多学科交叉的结 合，主要涉及电气 、仪控、反应堆 、机械、系统工程 、管 理学等学科 】 。但是核 电站控制室提供 的不仅仅是装备 人机 接口的设备 ( 包括丁作站 、操纵规程 、培训等 )，更重要 的是为操纵员提供了丁作环境，人 T程在核电站控制室 设计中还应考虑影响人员绩效的环境及美学因素 ，特别是 引入专业 的设计经验及评价方法 。 1 室 内环境设计及其应用 “ 人一 机 一 环境 ”系统中 ，人机关 系是人 因工 程的关键 点 。 “ 机 ”的含 义非常广泛 ，不仅指机 械装置 ，包 括 了人 直接接触 的各种器 物和设施 ，在室 内设计 中则 主要指各类 家具及与人关系密切的建筑构件，如门、窗 、桌台、椅子 等 。而 “ 人 ”的含义不仅指 人体 尺寸 ，还包 括 了其他 的人 体构造和生理特征问题。在室内设计 中各个部分与人体的 关系密切程度也不 同。 由于人体T程学是一门新兴的学科 ，人体T程学在室 器 麦旦 内环境设计中应用的深度和广度有待于进一步认真开发 。 目前已有开展的应用方面如下： 1 )确定 人和人际在室 内活动所需空 问的主要依 据。根 据人体T程学中的有关计测数据，从人的尺度 、动作域 、 心理 空间以及人 际交往 的空间等确定 空间范围。 2) 确定家具 、设施的形体、尺度及其使用范同的主要 依据。家具设施为人所使用， 此它们的形体 、尺度必须 以人体尺度为主要依据 ；同时 ，人们为了使用这些家具和 设施 ，其周同必须留有最小的活动余地 ，这些都由人体工 程科学 地解决 。室 内空 问越小 ，停 留时 间越 长 ，对 这方面 内容测试 的要求也就越高，例如车厢、船舱 、机舱等交通 工具内部空问的设计。 3)提供适应人体的室内物理环境的最佳参数室。内物 理环境 主要有 室内热环境 、声环境 、光环境 、重力环 境 、 辐射环境等，有了上述要求的科学的参数后 ，在室内设计 时就可能有正确的决策 。 4)为室内视觉环境设计提供科学。依据人眼的视力、 视野 、光觉、色觉是视觉的要素，人体T程学通过计测得 到的数据 ，对室 内光照设计 、室 内色彩设计 、视觉最佳 区 域 等提供 了科学 的依 据。 2 核 电站控制室 内的环境设计 人 冈工程 学 的室内环境设 计 同核 电站控制室 内的环境 设计紧密相联 ，含义为：以人为主体 ，运用人体计测、生 理与心理计测 、美学等手段和方法，研究人体结构功能、 心理 、力学等方面与核电站控制室环境之间的合理协调关 系，以适合人的身心活动要求 ，获得最佳的使用效能 ，目 标是安全 、健康 、高效能和舒适 。 根 据室 内环境 设计 的标 准和 经验 ，结合 核 电站控 制室 的功能需求，对于核电站控制室的室内环境设计，可借鉴 以下的环境及美学要求： 1 )核电站控制室 的室 内环境设计应选择 易清洁 、不起 尘 的阻燃材料 ； 2)核电站控制室 的墙壁和顶棚表 面应平整 ，减少 积尘 面 ，并 有保 温 、隔声 、吸声效 果 ； 3) 核电站控制室的地面材料应平整 、耐磨 、易除尘 ， 并按需要采取防静电措施 ； 4) 核电站控制室的室内各种管线宜暗敷 ，当管线穿楼 板 时宜设技术竖井 ； 5) 核 电站控制 室的室 内顶棚上安装 的风 口 、灯具 、火 灾探测 器 、灭 火器喷头 及墙上 的各种箱盒 等应协调 布置 ， 做到整齐美观 ； 6)核电站控制室 的隔墙设置 ，除同定 隔墙外 ，最好采 用灵活隔断，以适应仪器更新及改扩建的需要； 7)核电站控制室的室内色彩宜淡雅柔和，有清新宁静 的效果 ，不宜用 大面积强烈 色彩 ，视 觉作业处 的家具 和房 间内宜用无光泽或亚光表面。 在核电站控制室中，人员行为是多种多样的，尤其是 当需要操纵员响应并干预的核电事故发生后 ，操纵员首先 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 日 遮过 墨日 是感知各种信息 ，包括报警 、显示 、记录等，然后根据所 感知到的信息进行诊断，并按诊断进入相关事故规程 。 为了更好地评价环境及美学因素在设计中的作用，在 实际操作过程中将室内环境设计 中影响核电站控制室功能 的因素进行分解【 9 “ ，并进行了评价 ，评价标准为：满分为 1 0 ；较好 (8)；基本满意 ( 6 8)；亟需改进 ( 6)。 评价情况如表 1 所示 。 表1核电站控制室评价情况 编号 评价项 目 得分 1 控制室内的信息足以 7 7 完成当前任务 2 操作过程中没有物品 8 O 或设备处于不和谐状 态 3 控制室布局合理 、美 7 8 观，凹凸感不强 4 长时间在控制室内： 7 6 作容易感到疲劳 5 灯光明暗区分明显 ， 7 8 视觉效果不错 6 控制室环境整洁度 7 7 7 控制室地板舒适度 7 5 8 控制室内色彩无突出 7 3 的 吸引之 处 结果表明控制室内的环境设计能够使得操纵员在各方 面感 到基本 满意 ，保证 了人机界 面 良好 的可用性 。同时 ， 在实际评价过程中，就评价细节进行深入分析后 ，还发 现存在以下一些问题 ： 1 )操纵员工作站 ( 台 )临近过道一侧 ，是否要安装立 板 ，或者有支撑操作平面 ； 2)顶面风口的位置设计太零散 ，没有整体感 ，不符合 美学要求； 3)顶面采用点状照明配合 间接照 明，点状光源 引起 眩 光 ； 4)灯具位置宜与吊顶底面齐平设计，选型时要充分考 虑使用寿命 ； 5)整体色调略显沉闷厚重 ，墙面材料不符合新颖 的美 学效果 ； 6)大屏幕显示屏墙边框的材质不太合理，使用寿命需 要充分考虑 ； 7)活动地板地面整体颜色太淡 ，可考虑灰蓝色来代 替； 8 )整体感不好 ，应 进行适 度调整 ，具有现代感 、科技 感 、精密感 。 3 结束语 核 电人 因丁 程在现有研究 和应用 的基础上将 继续 向前 发展 。随着多学科 的引入 ，环境及美 学也需要进 一步引入 到核电站控制室设计 中，从而使得要核电站人机界面朝着 人机完美 和谐 的方 向发展 。另一方面 ，核 电人 因工程 的研 究和应用主要限于核电厂控制室系统 ，未能扩展到核电厂 的其他工艺 系统 。在这些新 的领域 的应用 将是核 电人 因工 程进 一步发展 的方 向。口 EI C VOl_ 20 2 01 3 h i o 3 2 7 日 遮过 墨日 D o i： l 0 3 9 6 9 4 i s s n 1 6 7 1 - 1 0 4 1 2 0 1 3 0 3 0 0 7 无人机飞行控制系统软件故障注入方法研究 严 平 ( 9 1 4 0 4 部队，秦皇岛 0 6 6 0 0 1 ) 器 麦 摘要：本文介绍了应用软件故障注入技术实现无人机飞行控制系统可靠性的评测方法。通过在无人机飞行控制计算机的外 部数据 总线上截获飞行参数 ，模拟无 人机 系统的硬件故障 ，构建故 障模型 并实现故障注入过程 。实 际应用表 明该 系统可以 有效评估 无人机飞行控制 系统的故障检测 、系统可靠性和容错 能力。 关键 词：无人机 ；飞行控制 系统 ；故 障注入 ；容错能力 中图分类号：T P 3 1 1 5 2 文献标 志码 ：A Re s e a r c h O il s o f t ware - b a s e d f a u lt i n j e c t io n f o r f lig ht c o nt r ol s ys t e m ofUAV YAN Pin g ( No 9 1 4 0 4 Un it ， CP L A， Qin h u a n g d a o 0 6 6 0 0 1 ， Ch in a ) A b s t r a c t ： I n t h i s a r t i c l e t h e s o f t wa r e - b a s e d f a u l t i n j e c t i o n t e c h n o l o g y i S i n t r o d u c e d t o i mp l e me n t a r e l i a b i l i t y e v a l u a t i o n me t h o d f o r UAV f l i gh t c o n t r o I s y s t e mTh e s y s t e m c a n b l o c k an d a c q u i t f l i g h t d a t a f O r m e x t emal d a t a b u s o f UA V f l i g h t c o n t r o I c o mp u t e r t o s i mu l a t e h a r d wa r e f a u l t o f U A V B a s e d o n t h i s f l i g h t d a t a f a u l t mo d e I i S b u i l t a n d f a u l t i n j e c t i o n p r o c e s s i S a c c o mp l i s h e d a s a r e s u l t Th e s y s t e m h a s b e en s u c c e s s f u l l y e mp l o y e d t o v e r i f y t h e f a u l t d e t e c t i o n ， f a u l t t o l e r a n c e a n d r el i ab i l i t y o f UAV f l i g h t c on t r o I s y s t e m K e y WO r d s ： U n ma n n e d A e r i a I V e h i c I e s ：f I i q h t c o n t r o I s y s t e m； f a u l t i n j e c t i o n ； f a u l t t o l e r a n c e a b i l i t y 0 引言 飞行控制系统是无人机的核心分系统之一 ，采用先 进的实时管理、导航和飞行控制技术 ，使无人机完成各种 预定的战术和技术任务。飞行控制系统以其复杂性 ，使人 们越来越关注其可靠性 ，通常需要在降低 目标系统的危险 系数的前提下 ，以较低成本注入各种类型故障进行单元测 试。本文引入软件故障注入技术 ，通过在无人机系统的外 部数据总线上阻断并采集飞行参数 ，模拟无人机系统的硬 件故障，构造了一个实际的无人机故障注入系统 ，考察无 人机故障检测和系统容错能力，测试其可靠性。 1 故障注入技术 1 1 故障注入概念 软件故障注入 是指按照选定的故障模型，用软件程序 的方法有意识地产生故障并施加于运行特定T作负载的目 标系统中，以加速该系统的错误和失效的发生 ，同时观测 和回收系统对所注故障的反应信息 ，并对回收信息进行分 析，从而向试验者提供有关结果的试验过程。软件故障注 入提供了低价和方便操作的故障注入方法，对 目标系统的 硬件环境没有损坏，可以根据程序指令方便地选择故障的 注入位置，能够方便地跟踪目标程序的执行和回收数据。 参考文献 1 J赵江洪，谭浩 人机工程学I m 北京： 高等教育出版社， 2 0 0 6 【 2 赵仁恺 执行主席报告【 Al第1 4 4 次香l J l 科学会议 复杂社会技术 系统 的安全控制论文集 2 () ( )0 ： 1 6 3 苏联国家原 予能利用委员会 切尔诺 贝利核 电站事故及其后果( 中 译本) 【 M】 ， 1 9 8 6 【 4 J 杨孟琢 核 电人因工程领域的发展 中国工程科学，2 0 0 6 ， 4 ( 8 ) ： 1 2 1 9 5 】 J o hn M ， O H a r a