Как показывает практика, наиболее существенным среди них является сложность. В системных эргономических исследованиях принято различать три вида сложности:
сложность как абстрактное свойство ТОУ, традиционно определяемое такими характеристиками, как число элементов системы, число взаимосвязей между ними и характер их поведения;
реальная сложность управления объектом для оператора, определяемая существующим ЧМИ, выполняющим обработку и представление информации, а также автоматизирующим часть функций управления (см. рис. 1.4);
субъективная сложность объекта - своя для каждого конкретного человека, зависящая от его знаний, опыта и индивидуальных способностей.
Абстрактную сложность АЭС можно количественно охарактеризовать следующими конструкционными признаками.
- Число элементов - более 50 технологических систем; более 60 тыс. единиц оборудования (среди которых около 4 тыс. единиц арматуры и регуляторов, около 16 тыс. средств технологического контроля - датчиков, преобразователей и др.) 18-ти типов и 400 наименований.
- Число взаимосвязей между элементами, технологическими процессами и параметрами крайне велико и практически не поддается полному описанию; связи могут иметь различную природу (физическую, химическую, информационную, организационную и др.) и характер - прямые, косвенные, нестандартные (применяемые не по прямому назначению) и аварийные (проявляющиеся только при авариях). Связанные процессы и элементы оборудования образуют цепочку распространения возмущений и управляющих воздействий, в результате чего локальные неисправности приводят к многочисленным изменениям на других участках процесса.
- Характер процессов: большинство процессов - динамические, с нелинейными характеристиками и разнообразной физической природой: нейтронно-физические, тепловые, гидродинамические, электромагнитные, механические. Наличие многофазной среды (особенно в реакторах РБМК) предполагает сочетание газообразного и жидкого состояний теплоносителя.
Как правило, высокая абстрактная сложность объекта приводит к отсутствию адекватной модели его функционирования и управления. Вследствие этого, в ходе эксплуатации могут наблюдаться труднообъяснимые (по крайней мере, на первый взгляд) и трудноуправляемые явления. Например, случайное уменьшение мощности может привести к отрицательной реактивности, усугубляющей случайное ее отклонение. Эго может продолжаться несколько часов, после чего реактивность начнет возрастать. Этот эффект может привести к самопроизвольным колебаниям мощности с периодом в десятки часов [17].
Реальная сложность АЭС с учетом существующего эргономического и организационного обеспечений деятельности оператора характеризуется следующими показателями.
- Число параметров - от 5 тыс. (для ВВЭР-1000) до 20 тыс. (для РБМК) точек измерения; около 2500 аналоговых и 3200 (для РБМК - 12 тыс.) дискретных сигналов, среди которых 600 инициативных; от 600 до 4 тыс. элементов сигнализации (1600 - для ВВЭР-1000, 1300 - для BWR-1100); 200 экранных форматов АСУ ТП.
Основные технологические параметры: а) мощность; б) температура (теплоносителя, поверхности твэлов, металлоконструкций, пара и т.д.); в) расход, уровень и давление жидкостей (теплоносителя и пр.) и газов (пара и пр.) в различных устройствах; г) электрические напряжения и токи; д) прочие - параметры газовой смеси среды, окружающей оборудование (давление, влажность, состав, температура, активность), акустические (шумовые) параметры в металлоконструкциях, линейные изменения размеров (оболочки твэла).
Чтобы охарактеризовать процесс наблюдения за технологическими параметрами, перечислим виды контроля, имеющие место в деятельности оператора:
контроль статических характеристик (сопоставление значения и уставки);
контроль динамических характеристик (сопоставление скорости и направления изменения значения и уставки);
логический контроль (есть или нет);
контроль сравнением с моделью объекта (сравнение как должен протекать процесс и как на самом деле);
контроль сравнением выходных сигналов двух и более объектов.
- Число элементов управления - в распоряжении операторов находится от 500 до 2 тыс. ОУ - ключей, кнопок, переключателей и др., среди которых более 200 органов управления электродвигателями, 1200 ключей управления запорной арматурой (для ВВЭР-1000).
- Число задач - около 20 штатных, более 60 аномальных.
- Характер задач - подавляющая часть операторской деятельности приходится на штатные стереотипные статические режимы и лишь незначительная доля времени - на динамические, к которым относятся пуско-остановочные операции (информационный поток в них увеличивается в 4-10 раз, действия подчиняются четкому алгоритму) и аномальные ситуации (увеличение информации в 20-40 раз при отклонениях и более чем в 100 раз при авариях, сложные исполнительные действия, творческий характер принимаемых решений) (более подробную классификацию задач см. в § 2.3).
- Сложность задач - деятельность оператора АЭС перекрывает практически весь диапазон сложности: от самых простых рутинных задач до задач, имеющих сложный разветвленный алгоритм решения, реализуемый в условиях значительной неопределенности и неуверенности. Рассмотрим основные аспекты и показатели сложности задач (более подробно см. [22, 86]).
Наиболее простым количественным показателем сложности задачи является число операций в алгоритме ее решения. Сам алгоритм при этом может представлять собой как линейную последовательную цепочку операций, так и сложную разветвленную сеть операций с большим числом внутренних логических условий. Для оценки. сложности таких алгоритмов в [86] предложены показатели стереотипности и логической сложности. Показатель стереотипности оценивается по наличию в алгоритме непрерывных последовательностей (групп) операций без логических условий:
где i - число последовательных операций в группе, не содержащей логических условий; Р; - частота (относительное число в алгоритме) группы из i операций; п - длина максимальной группы.
Диапазон значений показателя стереотипности - TRe[l,п]. Значение п соответствует алгоритму, в котором нет логических условий, т.е. последовательность действий оператора однозначно детерминирована. Значение 1 соответствует деятельности с максимально возможным числом вариантов, когда после каждой операции следует логическое условие.
Аналогично, показатель логической сложности:
где j - число последовательно проверяемых логических условий в группе; Pj - частота (относительное число в алгоритме) группы из j условий; т - длина максимальной группы. Диапазон значений показателя логической сложности - ТСе[0,т].
Сложность задачи зависит не только от внутренней логики ее решения. Она может усугубляться наличием зон сомнений, обусловленных неопределенностью или недостоверностью информации, а также наличием нескольких интерферирующих, т.е. внешне похожих, но отличающихся лишь небольшим числом деталей задач. В этих случаях от оператора требуются дополнительные волевые усилия для выяснения ситуации и преодоления маскирующего воздействия более привычных задач. Наиболее яркой иллюстрацией такого явления служит возникновение газовых пузырей в первом контуре (одно из обстоятельств, сопровождавших аварию на ΤΜΙ-ΙΙ) - у оператора создается впечатление об увеличившемся объеме теплоносителя; на самом же деле - все наоборот.
Из обзора и анализа серьезных аварий на АЭС [2] становится очевидным, что сложность зачастую является наиболее весомой причиной непонимания оператором истинной картины поведения станции. Однако даже в сложных ситуациях, будь у человека побольше времени, можно было бы избежать некоторых неприятных последствий. Дефицит времени и другие подобные обстоятельства ограничивают «свободу» оператора в выборе способов, средств и ресурсов для решения задач. Перечислим основные виды ограничений, возникающих в ходе эксплуатации АЭС.
- Временные ограничения регламентируют скорость, с которой оператор должен осуществлять деятельность. Скорости могут ограничиваться как сверху, так и снизу. Ограничения сверху обусловлены высоким темпом протекания процессов в ТОУ и лимитируют максимально допустимое время ответной реакции оператора: T<Tmin.
В ряде случаев лимит имеющегося у оператора времени оценивается минутами или даже секундами. Опыт эксплуатации [77] показывает, что время от возникновения нарушения в режиме работы оборудования до появления в технологическом процессе необратимых изменений, приводящих к остановке блока, составляет от 100 с при тепловой мощности реактора 750 МВт до 20 с при тепловой мощности 3000 МВт. По другим данным, большинство аварийных ситуаций, заканчивающихся срабатыванием АЗ, завершаются за 5-15 мин. При этом в случае экстренной остановки реактора у персонала может оказаться мало времени для ликвидации причины неисправности и вывода реактора на мощность; если до начала йодной ямы реактор не будет запущен, необходимо ожидать около двух суток, прежде чем снова станет возможен его пуск.
Наряду с аварийными режимами, ограниченность времени может ощущаться и в пусковых операциях, связанных с большим количеством переключений, контролем большого числа параметров и осуществлением множества операций по управлению за короткое время (до 400 операций в час) [17].
Другая форма временных ограничений обусловлена низким темпом протекания процессов и лимитирует верхний предел скорости исполнения определенных операций, либо минимальную задержку, которая должна быть выдержана между ними.
Примерами ограничений снизу могут служить: ограничение скорости разогрева оборудования первого контура; ограничение скорости снижения мощности реактора энергоблока с РБМК, лимитируемое скоростью разгрузки турбин; ограничение темпа ввода положительной реактивности в реактор. Вследствие этих ограничений продолжительность этапов пуска энергоблока может составлять много часов: подготовка к пуску реактора - 5-6 ч, вывод реактора на минимально контролируемый уровень мощности - 1-2 ч, подготовка турбины к толчку и выходу на холостой ход - 5-6 ч.
В зависимости от сложности и метода описания алгоритма решения задачи, время реакции оператора Т может быть определено несколькими способами:
как сумма длительностей последовательного исполнения фаз деятельности (например, семи фаз: инициирование, поиск информации, восприятие, принятие решения, поиск ОУ, исполнение, отслеживание);
как сумма длительностей последовательного исполнения отдельных технологических операций (например, процедуры из четырех шагов: убедиться в исправности устройства, нажать кнопку, проконтролировать загорание индикатора, повернуть ключ).
Оценка длительности каждого компонента ответной реакции оператора обычно опирается на справочные и экспериментальные данные. В работе [157] в формулу для вычисления длительности реакции предлагается включить также и показатель надежности оператора:
где Р - вероятность отсутствия реакции со стороны оператора; Тср, Тмин _ среднее (медианное) и минимальное время выполнения требуемого шага процедуры.
2. Ограничения по точности не являются на АЭС столь же значимыми, насколько они важны в некоторых других эргатических системах, например, на транспорте (авиационных, космических и подводных кораблях) или в производственных системах, связанных с прецизионной обработкой и сборкой (микроэлектроника, высокие технологии). Однако и на АЭС существуют процессы, требующие определенной точности регулирования. К ним относится, прежде всего, регулирование мощности реактора, регулирование концентрации бора, некоторые виды работ по техническому обслуживанию и ремонту.
- Производственные опасности, такие как ионизирующие и высокочастотные излучения, химические вещества, пар, электрический ток, жаркие помещения, асбест, падения, замкнутые пространства являются активными стрессогенными факторами, действующими на персонал АЭС. Ограничения, возникающие вследствие этих опасностей, проявляются в виде жестких требований к технике безопасности труда и к регламенту безопасной эксплуатации оборудования. Существующие опасности и стратегическая роль АЭС обусловили ряд других специфических эксплуатационных ограничений, таких как секретность, повышенная охрана и др.
И наконец, последняя группа факторов, отражающих свойства ТОУ - надежность АЭС и ее оборудования. Зачастую проблему для операторов создают не столько частые выходы из строя оборудования, сколько возникновение одновременно нескольких зависимых или независимых отказов, называемое наложением отказов. Такие отказы «маскируют» друг друга, неисправности выглядят в первый момент совершенно не теми, которыми являются на самом деле. Положение усугубляется еще и значительным временным промежутком между симптомами и их причинами. В таких ситуациях операторы испытывают трудности в восстановлении хронологической последовательности событий — какое из них было первичным, а какие - вторичными [113].
Перечисленные факторы, характеризующие АЭС как ТОУ, обозначают лишь небольшой «срез» проблемы. Однако уже отсюда видна очевидная специфика АЭС для операторов, предполагающая: сложный динамический характер объектов и процессов, сопровождаемый дрейфом параметров и искажениями информации;
высокую вероятность резкого перехода от рутинной работы к высокоактивной деятельности в условиях жестких ограничений;
широкий диапазон колебания стрессоров - от рутинного уровня до высоконапряженного и критического уровней;
действия в опасных, реально угрожающих жизни ситуациях.
Обсудим организационные и эргономические решения, направленные на компенсацию негативного воздействия перечисленных особенностей АЭС.
