Вопросы эргономики на АЭС - Анализ технологических задач управления энергоблоком АЭС

Методика «Управление».

Согласно выводам предыдущего параграфа, проявление интеллектуального, а не формального поведения операторы связывают с фазой классификации (в меньшей степени - с фазами инициирования и планирования) задачи. Особые сложности при этом доставляют аномальные ситуации.

Именно на автоматизацию данного элемента деятельности - диагностирования аномальных ситуаций - и были направлены первые СПО АЭС, появившиеся в начале 80-х гг. Внедрение СПО стало крайне важным шагом к повышению надежности интеллектуальной составляющей деятельности операторов. С годами номенклатура функций таких систем расширялась, охватывая самые различные аспекты поддержки операторской деятельности. Подробно функции поддержки перечислены и классифицированы в § 4.6.
По мере накопления опыта внедрения и эксплуатации СПО все большую остроту стали приобретать методические вопросы их создания. Так, в 80-е гг. значительное внимание уделялось разработке методов представления знаний, накоплению знаний и работе в реальном масштабе времени, в то время как вопросы эффективности, надежности, полезности, функциональности и эргономичности СПО практически не затрагивались. Сегодня создание СПО предваряется обширными эргономическими исследованиями, призванными сформулировать и обосновать требования к перечисленным выше качествам будущей системы. Сформулировать требования к функциональности позволяет описываемая далее методика «Управление», предназначенная для выявления наиболее значимых функций поддержки, необходимых оператору в процессе решения различных технологических задач [14].
В качестве предмета настоящего исследования выступают 29 технологических задач, возникающих в ходе эксплуатации энергоблока с реактором ВВЭР-1000. Среди них - 14 задач штатного изменения процесса («штатные задачи» - это задачи, не связанные с нарушениями технологического процесса и нерегламентными состояниями энергоблока) и 15 задач ликвидации аномальных ситуаций («аномальные задачи» - это задачи, возникающие вследствие аварийных или нештатных ситуаций):
Задачи штатного изменения процесса

1. Включение-выключение ГЦН
2. Подготовка первого и второго контуров к гидроиспытаниям (заполнение, воздухоудаление, разогрев)
3. Гидроиспытания первого и второго контуров
4. Разогрев первого и второго контуров
5. Выход на МКУ
6. Набор вакуума на турбине
7. Включение ТПН
8. Толчок и вывод на 1500 об/мин турбины
9. Включение генератора в сеть
10. Подъем мощности до номинальной
11. Разгрузка и отключение блока от сети
12. Остановка реактора
13. Расхолаживание первого контура
14. Расхолаживание турбоустановки

Задачи ликвидации аномальных ситуаций

1. Некомпенсируемые течи первого контура
2. Течи из первого контура во второй
3. Компенсируемые течи первого контура
4. Разрыв паропровода или трубопровода питательной воды в неотключаемой части ПГ
5. Разрыв паропровода или трубопровода питательной воды в отключаемой части ПГ
6. Ложное открытие предохранительных устройств первого и второго контуров
7. Отключение ГЦН в различных комбинациях
8. Отключение ТПН
9. Аварийное отключение генератора
10. Аварийное отключение турбины с потерей или без потери вакуума
11. Полное обесточение блока
12. Полная потеря подпитки первого контура
13. Отключение ГЦН в различных комбинациях
14. Отключение конденсатных насосов
15. Повышение вибрации на турбине

Все исследуемые задачи характеризуются высокой сложностью, логической разветвленностью алгоритма, большим числом операций и важностью для безопасной и эффективной эксплуатации энергоблока.
Методика предполагает проведение двух экспертиз. В качестве объектов оценивания в первой экспертизе выступают 14 штатных задач (Ν1..., Ν14), во второй экспертизе - 15 аномальных задач (А1...,А15). В каждой экспертизе эксперту задаются 6 вопросов, предписывающих сравнить объекты экспертизы по одному из следующих критериев (факторов сложности задач).

1. Основная информация - объем основной информации, непосредственно используемой в процессе решения задачи (основные технологические параметры, правила управления).
2. Косвенная информация - объем косвенной или редко учитываемой информации, а также информации, не формируемой в явном виде средствами отображения (шумы, вибрации, интегральные показатели).
3. Достоверность информации - надежность датчиков и степень достоверности основной оперативной информации.
4. Эргономика и психология - эргономические и психологические условия, в которых происходит решение задачи (представление и компоновка информации, эмоциональные и психологические воздействия).
5. Быстрота реакции, требуемая от оператора при решении задачи на этапах принятия решения и исполнения действий.
6. Опасность последствий - размер прямых и косвенных экономических и экологических последствий невыполнения или неправильного выполнения задачи.

Для проведения экспертного опроса по двум описанным экспертизам была разработана анкета, фрагмент которой приведен в Приложении 4. Задачи сравнивают методом парных сравнений. Эксперт, сравнивая друг с другом любые две задачи - i-ю и j-ю (i, j = 1,14 для штатных задач; i, j = 1,15 для аномальных задач), заносит в соответствующую ячейку матрицы парных сравнений оценку π степени превосходства первой из сравниваемых задач над второй по заданному признаку (фактору). Шкала оценок относительного превосходства включает в себя следующие значения:
4, если i-я задача «намного превосходит» j-ю;
3, если i-я задача «превосходит» j-ю;
2, если i-я задача «чуть превосходит» j-ю;
1, если i-я и j-я задачи «равноценны»;
1/2-1/4, если j-я задача с разной степенью превосходит i-ю.
Оценки, проставленные в качестве примера в Приложении 4, интерпретируются следующим образом:
πΝ4,5=1/4 - при разогреве первого и второго контуров быстрота реакции, требуемая от оператора, может быть значительно ниже, чем при выходе на МКУ;
πΑ6,15=2 - при ложном открытии предохранительных устройств первого и второго контуров оператор вынужден использовать чуть больше косвенной информации, чем в ситуации повышения вибрации на турбине.
Заполнению подлежит только верхняя треугольная матрица (диагональные элементы матрицы равны 1, а значения поддиагональных элементов вычисляются как обратные значения соответствующих симметричных наддиагональных элементов). Всего эксперт должен заполнить 12 таблиц:
П1Ν,..., Π6Ν - матрицы парного сравнения штатных задач по шести факторам сложности;
П1А,..., П6А - матрицы парного сравнения аномальных задач по шести факторам сложности.
Заполненные матрицы исследуются на противоречивость, после чего преобразуются в векторы относительной значимости. Рассмотрим эти процедуры более подробно.

Анализ противоречивости парных сравнений.

Внутренняя согласованность оценок и последовательность суждений эксперта является важнейшим признаком качества экспертных данных. Противоречивые оценки свидетельствуют о непонимании экспертом смысла исследуемых понятий или об отсутствии у него устоявшегося взгляда на анализируемую проблему. Противоречивость (несовместность) парных сравнений проявляется в форме нарушения свойства транзитивности предпочтений, т.е. возникновения одной из следующих ситуаций:

где- результаты парного сравнения i-й и j-й, j-й и k-й, i-й и j-й задач, соответственно.
Коэффициент противоречивости матрицы парных сравнений:  где γ - число выявленных в матрице противоречий; п - число сравниваемых задач. Диапазон значений η - от 0 до 1. Значение η = 0 означает отсутствие противоречий в матрице. При η > 0,5 более половины сравниваемых пар оценены противоречиво.

Преобразование матрицы парных сравнений в вектор относительной значимости.

Из практики экспертных оценок хорошо известно, что предъявление эксперту для сравнительной оценки одновременно более шести-семи объектов затрудняет его работу и приводит к ненадежным результатам. Как уже отмечалось, экспертизы штатных и аномальных задач связаны с оцениванием 14 и 15 объектов соответственно. Для декомпозиции процесса оценивания применен метод парных сравнений, позволяющий эксперту уменьшить количество одновременно удерживаемых в памяти объектов до минимально возможного уровня - двух объектов. Однако заполняемые экспертами матрицы парных сравнений редко находят применение - они неинформативны, громоздки и неудобны для дальнейшей обработки. Для проведения дальнейшего анализа экспертных оценок в работе [78]предлагается переход от матрицы парных сравнений}
к вектору относительной значимости,

который вычисляется как собственный вектор этой матрицы, соответствующий ее максимальному собственному числу. Учитывая, что вычисление собственного вектора - довольно трудоемкая задача, можно воспользоваться приближенной формулой, определяющей относительные значимости как геометрические средние значения соответствующих строк матрицы:

Для удобства дальнейшей обработки полученный вектор необходимо пронормировать к значению 1.
В роли экспертов в данном опросе выступали 7 операторов и инструкторов КлнАЭС, интервьюируемых методом Дельфы (индивидуальное анкетирование) в 1 тур. Для каждого из шести анализируемых факторов в результате анкетирования и преобразования матриц парных сравнений в векторы относительной значимости были получены две матрицы:
-    матрица относительной значимости штатных задач;
-    матрица относительной значимости аномальных задач.
Обе матрицы обрабатываются отдельно в том же порядке, что и типы поведения, рассмотренные в § 6.1. Рассмотрим более подробно некоторые особенности, присущие данному случаю.
Обработка экспертных оценок. Анализ согласованности мнений экспертов в данной методике осуществляется так же как и для типов поведения - с помощью показателей ранговой корреляции. Однако при переходе от относительной значимости к ранжированию в данном случае необходимо учитывать следующие обстоятельства [10].
Переход от более сильной шкалы относительной значимости к более слабым рангам сопровождается потерей части информации. Проиллюстрируем это на примере. Из табл. 6.4 видно, что объекты, значимость которых почти неразличима (объекты 2 и 3; разность их относительной значимости составляет 0,01), в результате обычного ранжирования будут поставлены на соседние друг с другом места аналогично объектам, удаленным друг от друга на большое расстояние (объекты 1 и 2, разность 0,27). 

Таблица 6.4. Ранжирование относительных значимостей

Чтобы сгладить такие ситуации (особенно когда малое расстояние на самом деле отражает не разную значимость объектов, а является результатом накопления ошибок округления при нормировании и преобразовании), вводится допустимая погрешность ε, в пределах которой [λ-ε/2, λ+ε/2] относительные значимости, а следовательно, и ранги считаются равными. В приведенном в табл. 6.4 примере принято ε=0,02.
Для полученных ранжирований по формулам (6.1), (6.2) вычисляются коэффициенты парной ранговой корреляции и коэффициенты. Выделение групп, и синтез обобщенного мнения осуществляются также по алгоритмам, описанным в § 6.1.

Для аномальных задач все полученные коэффициенты имеют высокие положительные значения. Это является причиной практически одинаковых или близких рангов любой задачи по всем факторам. Иначе говоря, независимо от точки зрения (фактора), с которой эксперт «смотрит» на задачу, ее «удел» (относительная значимость и ранг) заранее предрешен. Однако экспертиза штатных задач показала, что эксперты способны разносторонне подходить к анализу задачи и видеть четкое различие между факторами. Следовательно, при оценке аномальных задач эксперты фактически руководствовались каким-то другим, не учтенным в данной методике фактором. Несравненно более высокий вес этого фактора оказал подавляющее влияние на все остальные факторы, в результате чего для них были получены слишком «зашумленные» оценки. Исходя из контекста экспертизы, этим неучтенным фактором может быть «изученность аномальной ситуации», «наличие опыта работы с задачей» или просто «страх перед аварией». Очевидно, что в качестве наиболее эффективной функции поддержки оператора, позволяющей преодолеть влияние последнего фактора, является психологический тренинг персонала.