IEC 634352025 核设施 人机界面 操作员支持系统标准立项发展报告

IEC63435:2025《核设施人机界面操作员支持系统》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:NuclearFacilities-HumanMachineInterfaces-OperatorSupportSystems摘要随着全球核能产业向智能化、数字化方向加速转型，核设施运行安全对操作员决策支持能力提出了前所未有的高要求。人机界面（HumanMachineInterface,HMI）作为操作员与核设施控制系统之间的核心交互通道，其设计质量直接关系到核安全关键决策的准确性与时效性。然而，长期以来国际范围内缺乏针对核设施操作员支持系统（OperatorSupportSystems,OSS）的专用国际标准，导致各国在系统功能定义、人因工程设计、验证确认流程等方面存在显著差异，制约了技术交流与跨国合作。为应对上述挑战，国际电工委员会（IEC）于2025年10月6日正式发布IEC63435:2025《核设施人机界面操作员支持系统》。该标准由IEC核仪器仪表技术委员会（TC45）归口管理，系统界定了核设施操作员支持系统的功能架构、性能要求、人因工程原则、验证与确认（V&V）流程及数据质量管理要求，填补了国际标准体系中的关键空白。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及其产业影响，并介绍了主要起草单位的基本情况及其在核安全人因工程领域的技术积累，旨在为核设施设计方、运营方、监管机构及科研院所提供系统性的技术参考和实施指引。关键词：核设施；人机界面；操作员支持系统；人因工程；核安全；IEC标准；验证与确认；数字化控制系统AbstractWiththeglobalnuclearenergyindustryundergoingrapidtransformationtowardintelligenceanddigitalization,thesafeoperationofnuclearfacilitieshasplacedunprecedenteddemandsonthedecision-supportcapabilitiesofoperators.Asthecoreinteractionchannelbetweenoperatorsandnuclearfacilitycontrolsystems,thedesignqualityofHumanMachineInterfaces(HMI)directlydeterminestheaccuracyandtimelinessofnuclearsafety-criticaldecisions.However,foralongperiod,therehasbeenalackofdedicatedinternationalstandardsforoperatorsupportsystems(OSS)innuclearfacilities,resultinginsignificantdiscrepanciesamongcountriesinsystemfunctionaldefinition,humanfactorsengineeringdesign,andverificationandvalidationprocesses,therebyimpedingtechnicalexchangeandcross-bordercooperation.Toaddressthesechallenges,theInternationalElectrotechnicalCommission(IEC)officiallyreleasedIEC63435:2025,"Nuclearfacilities—Humanmachineinterfaces—Operatorsupportsystems,"onOctober6,2025.Thisstandard,managedbyIECTechnicalCommittee45(NuclearInstrumentation),systematicallydefinesthefunctionalarchitecture,performancerequirements,humanfactorsengineeringprinciples,verificationandvalidation(V&V)processes,anddataqualitymanagementrequirementsforoperatorsupportsystemsinnuclearfacilities,fillingacriticalgapintheinternationalstandardssystem.Thisreportcomprehensivelyreviewsthebackground,developmentprocess,coretechnicalcontent,andindustrialimpactofthestandard,andintroducestheparticipatingorganizationsandtheirtechnicalexpertiseinnuclearsafetyhumanfactorsengineering.Itaimstoprovidesystematictechnicalreferencesandimplementationguidancefornuclearfacilitydesigners,operators,regulatoryauthorities,andresearchinstitutions.Keywords:Nuclearfacilities;Humanmachineinterfaces;Operatorsupportsystems;Humanfactorsengineering;Nuclearsafety;IECstandards;Verificationandvalidation;Digitalcontrolsystems一、引言1.1立项背景与意义核能作为一种高效、低碳的清洁能源，在全球能源结构转型中发挥着不可替代的作用。根据国际原子能机构（IAEA）的统计，截至2025年初，全球共有413座在运核电机组，总装机容量约372GW(e)，另有66座在建机组。随着第四代核电技术、小型模块化反应堆（SMR）以及先进堆型的加速部署，核设施主控室的人机界面系统正经历从传统模拟盘台向全数字化、智能化交互平台的深刻转型。在这一转型进程中，操作员支持系统的角色发生了本质性变化。传统意义上，操作员支持系统仅作为信息展示和报警提示的辅助工具；而在当前高度自动化和智能化的核设施中，操作员支持系统已演变为集状态监测、故障诊断、操作指引、趋势预测和决策建议于一体的综合智能平台。然而，国际标准化层面始终缺乏针对核设施操作员支持系统的专用标准，现有相关标准（如IEC60964《核电厂控制室设计》、IEC61772《核电厂主控室可视显示单元的应用》等）主要侧重于控制室整体设计和显示界面规范，未能覆盖操作员支持系统在功能要求、数据质量、人因集成、验证确认等方面的系统性技术要求。IEC63435:2025的发布恰逢其时。该标准以核安全为根本出发点，立足人因工程学最新研究成果，构建了覆盖操作员支持系统全生命周期的技术要求框架，对于提升核设施运行安全水平、促进国际技术互认、指导新型系统研发具有重要的里程碑意义。1.2标准基本信息IEC63435:2025由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）发布，标准全称为《Nuclearfacilities-Humanmachineinterfaces-Operatorsupportsystems》，归口技术委员会为IECTC45（核仪器仪表技术委员会）。标准状态为现行（Active），发布日期为2025年10月6日，语言为英语，分类号涵盖核电站与安全相关领域。该标准的发布标志着国际核标准化领域在智能化人机交互方向迈出了关键一步。二、标准编制过程与工作组织2.1标准编制历程IEC63435:2025的编制工作经历了系统而严谨的标准化流程，充分体现了国际标准制定的科学性、开放性和共识性原则。该标准的编制工作大致经历了以下几个关键阶段：提案阶段（NP阶段）：2022年初，由相关国家委员会在IECTC45会议上正式提出新工作项目提案（NewWorkItemProposal,NP），详细阐述了制定核设施操作员支持系统国际标准的必要性和迫切性。提案获得多数成员国支持后，正式注册为新工作项目。工作组起草阶段（WD阶段）：IECTC45成立了专门的工作组（WorkingGroup），汇集了来自核工程、人因工程、自动化控制、软件工程、核安全监管等领域的国际专家。工作组先后召开了多次线下与线上会议，围绕标准的适用范围、术语定义、功能分类、技术指标体系等核心问题展开了深入研讨。在起草过程中，工作组充分参考了IAEA安全标准体系（如SSR-2/1、GSRPart2等）中关于人因工程和运行经验反馈的相关要求，确保标准与更高层级的核安全要求保持一致。委员会草案阶段（CD阶段）：工作组完成了第一版完整草案后，在IECTC45成员国内部进行了多轮征求意见。各国国家委员会组织本国的利益相关方（包括核电站运营单位、设计院、设备供应商、监管机构、研究机构等）对草案进行了逐条审查，反馈意见涉及术语准确性、技术指标适用性、与现有标准的协调性等多个方面。工作组对所有反馈意见进行了逐条处理和回复，并对草案进行了多轮修订。国际标准草案阶段（DIS阶段）：经过多轮修改完善后，草案进入DIS（DraftInternationalStandard）投票阶段。各成员国在规定时间内进行了正式投票，并对草案文本提出了最终的修改建议。工作组根据投票结果和修改建议对草案进行了最终完善。最终国际标准草案阶段（FDIS阶段）：草案在完成最终编辑性修改后进入FDIS（FinalDraftInternationalStandard）阶段，经各成员国投票表决通过后，于2025年10月6日正式发布为国际标准IEC63435:2025。2.2主要起草单位介绍IEC63435:2025的编制汇聚了全球核工程与人因工程领域的顶尖机构与专家，其中法国电力集团（ÉlectricitédeFrance,EDF）作为最主要的起草单位之一，在标准编制过程中发挥了核心引领作用。法国电力集团成立于1946年，是全球最大的核电运营商之一，目前在法国运营56座压水堆核电机组，并在英国、中国等国家参与了多个核电项目的建设和运营。EDF拥有超过半个世纪的核电站设计、建设和运行经验，其自主研发的N4系列和EPR系列核电机组代表了全球核电技术的领先水平。在长期运营实践基础上，EDF积累了大量的主控室人机界面设计和操作员支持系统应用经验，构建了从人因工程分析、界面设计、系统集成到运行验证的完整技术体系。EDF在核设施人机界面领域拥有雄厚的技术积淀。其研究部门（EDFR&D）设有专门的人因工程实验室，配备先进的全尺寸主控室模拟验证平台，可对操作员支持系统进行高保真度的性能评估和人因验证。EDF主导或深度参与了多项相关国际标准的编制工作，包括IEC60964（核电厂控制室设计）、IEC61772（核电厂主控室可视显示单元应用）、IEC61839（核电厂控制室功能分析与分配）等，在国际核标准化领域具有重要影响力。在IEC63435:2025的编制过程中，EDF牵头负责了标准中“功能要求”和“人因工程集成”两大核心章节的起草工作，将其在N4机组和EPR机组主控室设计实践中积累的技术经验和最佳实践系统转化为标准条款。同时，EDF还利用其全尺寸模拟验证平台，为标准中“验证与确认”章节提供了实验数据和技术验证支持，确保标准要求的科学性、可操作性和工程适用性。三、标准主要内容与技术分析3.1范围与适用对象IEC63435:2025规定了核设施中操作员支持系统的功能要求、性能要求、设计原则、验证与确认方法及数据质量管理等通用技术要求。该标准适用于各类核设施，包括但不限于核电厂（含压水堆、沸水堆、重水堆、快堆等堆型）、研究堆、核燃料循环设施等。标准所定义的“操作员支持系统”是指为主控室操作员提供决策支持功能的信息化系统，其功能涵盖但不限于状态监测、报警处理、故障诊断、操作程序指引、安全评估辅助、趋势预测等。值得特别指出的是，该标准明确将操作员支持系统与常规的过程控制系统（如DCS）和安全级仪控系统进行了边界划分，清晰定义了系统的功能定位：操作员支持系统旨在增强操作员态势感知能力和决策质量，而非替代操作员进行安全级控制决策。该标准的适用范围涵盖了系统的全生命周期，包括需求定义、设计开发、集成测试、运行维护和退役淘汰等各个阶段。3.2功能架构与分类标准构建了系统化的操作员支持系统功能架构，将系统功能划分为以下主要类别：监测与信息集成功能：包括多源数据采集与融合、设备状态实时监测、系统参数趋势分析、跨系统信息关联等。标准要求系统应具备对关键安全参数的全景式展示能力和异常状态的早期感知功能。诊断与分析功能：涵盖事故诊断、故障根因分析、系统健康评估、瞬态事件辨识等。标准对诊断功能的准确性、时效性和置信度水平提出了明确的量化要求，并强调诊断结果应为操作员提供可追溯的依据信息。操作指导与决策支持功能：包括正常操作指引、异常工况处理规程、事故缓解策略建议、操作风险评估等。标准要求操作指导功能应与电厂规程体系有效衔接，确保所提供指导与法规要求和电厂技术规格书保持一致。系统应具备适应不同运行场景的能力，从正常运行、预期运行事件到设计基准事故均能提供有效支持。预测与趋势分析功能：利用数据驱动或模型驱动方法，对系统未来状态演化进行预测，提前识别潜在风险。标准鼓励在系统设计中采用先进的机器学习与人工智能技术，但同时对算法的可解释性、可验证性和不确定性量化提出了严谨要求。标准将操作员支持系统按照功能复杂度划分为不同的等级（ClassA/B/C），不同等级对应不同的技术要求和验证深度，为系统开发者提供了灵活的合规路径。3.3人因工程原则与要求人因工程是IEC63435:2025的核心技术维度之一。标准全面引入了以操作员为中心的“人-系统集成”（Human-SystemIntegration,HSI）设计理念，提出了包括以下核心人因要求：态势感知增强：系统设计应致力于增强而非削弱操作员的态势感知能力。标准要求系统信息呈现应符合操作员的认知模型，避免信息过载和注意力隧道效应。关键安全信息应通过冗余通道进行呈现，确保在单个显示通道失效时仍能传递关键信息。认知负荷管理：系统应在信息呈现量和交互复杂度之间寻求平衡。标准引入认知负荷评估方法，要求系统设计方在开发过程中对界面的认知负荷进行量化评估，并通过迭代式设计持续优化。系统应根据运行情境的动态变化，智能调节信息展示的详细程度——在正常工况下提供概要性信息，在异常工况下自动增强关键信息的突出度。人机功能分配：标准要求系统开发者以系统化的方法进行人机功能分配，明确哪些功能由自动化系统执行、哪些由操作员执行、哪些需要人机协同。功能分配应综合考虑可靠性、时效性、经济性和人因适宜性等多维因素，并以书面化形式记录分配依据。报警管理：标准设置了专门的报警管理要求，包括报警优先级划分、报警泛滥抑制、报警原因分析等。系统应合理组织报警呈现，确保操作员能够快速准确理解和响应关键报警。引入基于状态和模式的报警处理机制，减少不必要的报警干扰。3.4性能要求与数据质量管理在性能要求方面，标准对操作员支持系统的响应时间、准确性、可靠性、可用性等指标提出了分级要求。例如，对于涉及安全决策的支持功能，系统的数据更新周期和响应时间应满足与核安全相关决策时效性相匹配的要求；系统在寿命周期内的平均无故障工作时间应满足可用性指标要求。在数据质量管理方面，标准突出了数据完整性、准确性和可追溯性的重要性。系统应建立完善的数据采集、传输、存储和处理流程的质量保障机制，应对数据的来源、处理过程和版本变更进行全链路追踪。标准特别关注了数据置信度标识的要求，即系统在呈现信息的同时应提供数据质量的可视化指示，使操作员能够正确理解信息的可靠程度。3.5验证与确认要求IEC63435:2025对操作员支持系统的验证与确认（V&V）提出了系统化的技术要求。标准要求建立覆盖系统全生命周期的V&V体系，包括：-设计验证：对系统的功能设计、人因设计和技术方案进行审查、分析和测试验证，验证方式包括设计评审、静态分析、仿真测试等。设计验证应贯穿于系统的各个设计阶段，确保设计的正确性和完备性。-集成测试：在系统集成环境下对系统的各项功能、性能和接口进行全面的集成测试，确保系统在真实或高保真模拟环境中的有效运行，测试覆盖正常工况、异常工况和设计基准事故等场景。-人因验证：在模拟环境或实际运行环境中对操作员与系统之间的交互效果进行验证，考察操作员的绩效表现（任务完成时间、错误率、操作路径合理性等）和主观评价（可用性评分、工作负荷评估等），以确认系统的人因设计达成预期效果。-运行确认：在系统投运前进行最终确认，确保系统满足用户需求和技术规格的全部要求。标准要求在投入运行前形成完整的验证与确认文件包，作为监管审查和运行许可的重要依据。四、标准实施技术与产业应对4.1对设计方法与工具的影响IEC63435:2025首次清晰地提出了核设施操作员支持系统人因工程集成的系统化要求，这将推动业内设计方法的革新——从传统的“功能驱动”设计向“认知驱动”设计转型，要求在系统设计早期即开展操作员任务分析、认知需求分析和信息架构规划。标准的发布将加速数字化设计工具（如基于模型的系统工程MBSE工具、人机交互原型工具、虚拟验证平台等）在核设施人机界面开发中的深度应用，促进产业链向全生命周期协同设计演进。4.2对设备供应商与运营方的要求对于主控室集成商和设备供应商而言，IEC63435:2025对操作系统支持系统的功能规范、性能验证和质量保证提出了统一、透明且可执行的统一要求，有助于供应商在全球核电市场中以标准化、可复用的验证方法实现跨项目交付，降低重复验证成本。对于核设施运营方，标准的落地实施将与现有许可证申请和定期安全审查流程逐步衔接，运营方需要在系统更新或改造时提供符合标准要求的V&V文件。中国核电机组在役数量持续增长，新机组设计及在役机组数字化改造均面临人机接口标准化需求，该标准的发布实施对我国核电行业既是挑战也是推动技术创新和质量管理水平提升的重要机遇。五、结论与展望IEC63435:2025《核设施人机界面操作员支持系统》的正式发布，是国际核标准化领域的一项重大里程碑。该标准填补了核设施操作员支持系统国际标准的空白，首次系统性地构建了涵盖功能架构、人因工程、性能指标、数据质量和验证确认的完整技术框架。标准的发布不仅反映了全球核工业从数字化向智能化转型的时代趋势，更体现了国际社会以标准化手段保障核安全、促进技术互认的共同意志。展望未来，随着人