李 雪，劉 琛

（中核第七研究設(shè)計院有限公司，太原 030012）

0 引言

流程工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)環(huán)境常常伴隨有高溫高壓、易燃易爆以及有毒有害物質(zhì)，其開車、停產(chǎn)程序復(fù)雜且代價巨大，一般不允許輕易停工，對生產(chǎn)的安全性、連續(xù)性和穩(wěn)定性要求較高?？刂剖易鳛槿珡S的控制中心和管理中樞，集合著復(fù)雜的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，操作人員在控制室的每一項操作都可能對生產(chǎn)造成影響，要求操作人員必須熟練操作并能迅速準(zhǔn)確地完成可能發(fā)生的應(yīng)急處置任務(wù)，給操作人員帶來較大的心理壓力。控制室人因工程的目的是研究如何最大限度地發(fā)揮操作人員及儀控設(shè)備的效能并減少操作人員的差錯。以安全事故危害較大的核電為例，有關(guān)資料研究表明，人因造成的核電廠運行事件高達(dá)70%，應(yīng)用人因工程后，可有效避免約25%的故障和事故[1]。因此，有必要在流程工業(yè)控制室設(shè)計中應(yīng)用人因工程，構(gòu)建一個舒適的工作環(huán)境，最大限度發(fā)揮人員和設(shè)備的效能，減少人因失誤造成的故障和事故。

1 流程工業(yè)控制室特征

過程工業(yè)控制室通常位于主廠房群內(nèi)，具有生產(chǎn)操作、過程控制、安全保護(hù)、先進(jìn)控制與優(yōu)化、儀表維護(hù)、仿真培訓(xùn)、生產(chǎn)管理及信息管理等功能，主要對生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝參數(shù)及供電系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。

1）網(wǎng)絡(luò)集約化

控制室開始由單/多路系統(tǒng)監(jiān)控向網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控轉(zhuǎn)變，針對流程工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)級監(jiān)控、協(xié)調(diào)、指揮管理和信息共享。在事件發(fā)生時，通過采集運行數(shù)據(jù)和視頻等信息，利用通訊手段進(jìn)行指揮。

2）數(shù)字綜合化

隨著流程工業(yè)控制室數(shù)字化的發(fā)展，人機(jī)接口的自動化程度大幅提升。實時分布式數(shù)據(jù)庫廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)的綜合處理能力增強，為運行人員提供的信息量也日趨龐大。在運行狀態(tài)出現(xiàn)異常時，運行人員無法快速直觀地獲取相關(guān)信息和工況變化，可能造成關(guān)鍵信息獲取不及時甚至遺漏，延誤異常事件的處置，增加運行人員的精神負(fù)擔(dān)和工作負(fù)荷。

3）專業(yè)協(xié)同化

流程工業(yè)的運行安全保障、運行監(jiān)測指揮、運行異常工況處置、運行信息顯示等方面均對控制室提出了專業(yè)協(xié)同化的網(wǎng)絡(luò)管理需求。以工業(yè)控制系統(tǒng)為媒介，實現(xiàn)各崗位操作的數(shù)字化交互和操作結(jié)果數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化記錄，為系統(tǒng)的正常運行和異常事件處置提供了有效聯(lián)動和全局式的信息共享。

2 控制室人因工程設(shè)計原則

引入人因工程的前提是保證控制室功能不受影響且能正?？刂七^程工業(yè)產(chǎn)線按計劃運行。對人的因素和人機(jī)關(guān)系的考慮應(yīng)貫穿于設(shè)計全過程，將人因造成的失誤和控制系統(tǒng)故障造成的相關(guān)事故發(fā)生的可能性降到最低。

2.1 安全性原則

引入人因工程的首要原因即減少人因造成的故障和事故，提升流程工業(yè)運行的安全性。在保證人員安全的前提下，事故發(fā)生時能迅速報警，提醒操作人員采取處理措施，并能通過人因工程的應(yīng)用使流程工業(yè)快速恢復(fù)至安全運行狀態(tài)，最大程度降低事故影響。

2.2 可用性原則

引入人因工程的前提是保證控制室功能不受影響且能正?？刂屏鞒坦I(yè)產(chǎn)線按計劃運行。對人的因素和人機(jī)關(guān)系的考慮應(yīng)貫穿于設(shè)計全過程，將人因造成的失誤和控制系統(tǒng)故障造成的相關(guān)事故發(fā)生的可能性降到最低。

2.3 監(jiān)測與控制集中化原則

為保證操作的及時性和生產(chǎn)的安全性，應(yīng)最大程度將監(jiān)測功能與操作控制功能集中到控制室，一方面可簡化運行操作，便于人員遠(yuǎn)程控制；另一方面可在報警發(fā)出時，通過集中操作提升操作人員預(yù)警處理效率，減輕心理負(fù)擔(dān)，在緊急情況下集中精力判斷預(yù)警原因，思考預(yù)警處理的最佳操作，提升運行安全[2]。

2.4 人機(jī)功能合理分配原則

根據(jù)人因工程基本原則，應(yīng)充分考慮“人機(jī)關(guān)系”，使人機(jī)功能分配最佳化，人機(jī)接口合理化[3]。機(jī)器可負(fù)擔(dān)且操作簡便的任務(wù)應(yīng)優(yōu)先分配給機(jī)器完成，必須人完成的任務(wù)應(yīng)保證人員操作的便捷性和安全性，以充分發(fā)揮人機(jī)的綜合效能，安全有效預(yù)防和處理流程工業(yè)的運行事故。

3 控制室人因工程設(shè)計流程

控制室人因工程設(shè)計以流程工業(yè)控制室功能要求為依據(jù)，以保證流程工業(yè)安全運行，減少人因誤操作為目的進(jìn)行逐層分級設(shè)計。其中，功能分配遵循“人機(jī)適配性原則”，充分考慮人機(jī)的處理能力和限度，分配給機(jī)的功能為自動控制所能完成的功能，無法通過自動控制完成的功能分配給人。控制室人因工程設(shè)計流程如圖1。

圖1 控制室人因工程設(shè)計流程Fig.1 Control room human factors engineering design process

3.1 控制室布局設(shè)計

控制室的布局設(shè)計是運用功能聯(lián)系把多個控制臺安置在控制室的有效空間內(nèi)，通過將功能群組轉(zhuǎn)換為適當(dāng)尺寸的控制臺和布局的調(diào)整來保證流通空間和維修通道[4]。

基于人因工程的控制室布局設(shè)計原則：①空間和環(huán)境布置應(yīng)以保證人員安全和不影響操作員主要職責(zé)的履行為前提；②活動空間充足，保證人員工作活動的舒適性，同時活動區(qū)域應(yīng)盡量避開操作員工作視野范圍；③位置布置充分考慮各崗位操作分工、聯(lián)系和監(jiān)督要求，保證單獨作業(yè)與協(xié)同作業(yè)的有效銜接；④信息共享，保證顯示大屏在各相關(guān)控制臺均可觀察到。

3.2 人機(jī)界面設(shè)計

人機(jī)界面設(shè)計需要確認(rèn)的問題：功能需求——人機(jī)界面應(yīng)包含的全部功能，如遠(yuǎn)程啟停機(jī)、參數(shù)監(jiān)測、歷史記錄查詢等[5]；人員信息——操作員、值班長的操作習(xí)慣、年齡特征、人體形態(tài)特征、心理表現(xiàn)特征等；界面顯示規(guī)則——符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和人因工程要求的字符字體大小、顏色、亮度、圖形樣式、畫面切換方式等；人機(jī)交互原理——交互技術(shù)、交互設(shè)備、交互界面等[6]。

基于人因工程的人機(jī)界面設(shè)計原則：①界面簡潔明了，易于理解；②參數(shù)顯示形式多樣，調(diào)取操作簡單；③界面設(shè)計風(fēng)格一致，操作邏輯一致；④系統(tǒng)狀態(tài)和操作反饋可視化；⑤界面模塊分區(qū)符合操作習(xí)慣。

3.3 控制臺設(shè)計

控制臺是控制室的重要裝備，操作員以控制臺為核心樞紐完成運行工況監(jiān)測、參數(shù)調(diào)整、遠(yuǎn)程指揮等運行任務(wù)。控制臺的設(shè)計與人因可靠性、工作效率、職業(yè)健康等緊密相關(guān)[7]，進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)以作業(yè)分析為基礎(chǔ)，充分考慮人的特征與需求。

基于人因工程的控制臺設(shè)計原則：①控制臺布置應(yīng)結(jié)合崗位溝通、協(xié)作關(guān)系，為操作員提供足夠的活動空間；②控制臺布置應(yīng)充分考慮人的能力、生理限度及心理需求等；③控制臺及臺面器件的外形與尺寸應(yīng)根據(jù)使用者的人體尺寸確定；④控制臺器件布置應(yīng)確保操作員可輕松看清運行信息；⑤控制臺的布置與設(shè)備外形選擇應(yīng)使設(shè)施易于修理。

3.4 環(huán)境設(shè)計

控制室的環(huán)境直接影響操作員的安全、健康、舒適和工作效率。根據(jù)HAF·J0055《核電廠控制室設(shè)計的人因工程原則》[8]中控制室環(huán)境的設(shè)計規(guī)定，主要針對熱環(huán)境、照明環(huán)境、聲學(xué)環(huán)境開展設(shè)計。

控制室熱環(huán)境應(yīng)符合人體和設(shè)備要求，以保證人的身心健康和設(shè)備的高效運轉(zhuǎn)。結(jié)合溫度、濕度、氣流、熱輻射、衣著等影響熱環(huán)境的主要因素，設(shè)計時需考慮暖通空調(diào)的布局位置、設(shè)備散熱、人員數(shù)量、光照、地理位置等因素，分別對冬季和夏季環(huán)境進(jìn)行設(shè)計，使熱環(huán)境的各項參數(shù)控制在規(guī)定范圍內(nèi)。冬季以15℃～20℃為宜，夏季以20℃～28℃為宜，相對濕度保持在40%～65%為最佳[9]。

控制室照明環(huán)境直接影響操作員的視覺工效、作業(yè)準(zhǔn)確性及安全性。針對流程工業(yè)24h不間斷運行的特點，控制室照明環(huán)境應(yīng)采用人工照明為主，自然采光為輔的方式，要求控制室照度為300LX?？紤]人員作業(yè)和活動的視覺需求、作業(yè)流程、設(shè)備布置等因素，對照度、均勻性、陰影、反光等影響照明環(huán)境的主要因素進(jìn)行分情境設(shè)計。另外，事故照明系統(tǒng)必須單獨供電，設(shè)計時還需考慮光通量、照明系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時間等因素。

控制室聲學(xué)環(huán)境的人因工程設(shè)計目的是為操作員提供良好舒適的聽覺環(huán)境，便于交流通訊和工況的監(jiān)聽，減輕操作員的聽力分散、煩躁和疲憊。通過對語音清晰度、吸音材料、設(shè)備噪聲、回聲等對控制室的聲學(xué)影響分析，結(jié)合優(yōu)化音質(zhì)和降低噪聲兩方面的措施對控制室音質(zhì)、設(shè)備降噪、建筑隔音等方面進(jìn)行設(shè)計，保證環(huán)境噪聲不大于45dB，回聲時間小于1s[10]?？刂剖噎h(huán)境設(shè)計考慮因素如圖2。

圖2 控制室環(huán)境設(shè)計考慮因素Fig.2 Control room environmental design considerations

4 結(jié)語

參照核電、石油化工等流程工業(yè)控制室人因工程的設(shè)計，提出了適用于流程工業(yè)控制室人因工程設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)。將以人為本的理念貫穿于設(shè)計的全生命周期，以相關(guān)人因工程標(biāo)準(zhǔn)把控人因設(shè)計質(zhì)量，有效避免了不合理的控制室作業(yè)條件和環(huán)境造成的安全生產(chǎn)隱患，減少人因失誤給生產(chǎn)帶來的損失，提升人員工作的舒適度和滿意度。