数字化核电站中的团队协调与沟通与人机交互

Team coordination and communication process has a major impact on the performance of a crew in a main control room of a digital nuclear power plant. Due to the differences in information display, exchange, and human-machine interaction, experiences learned from practices in traditional nuclear power plants may not apply to digital nuclear power plants. It isnecessary to investigate the coordination and communication process in the digital setting and relevant performance shaping factors with the aim to propose user interface design methods to support the team process. Due to the proprietary nature of the operations in main control rooms of nuclear power plants and the specialty of operators, current research on this topic is very limited. Using ethnography study in field, analysis of training videos in simulators, interviews of operators, and laboratory experiments, this study aims to obtain deeper understanding of the mechanism of team coordination and communication in digital control rooms and to develop methods for evaluating the quality of team coordination and communication. Based on these results, the study will explore creative design of the shared large display in main control rooms. Laboratory experiments will conducted to examine the impact of the design of the shared display and the collaborative diagnosis workflow on team coordination and communication process and team performance. The output will provide implications for system and procedure design, user interface design, operation management, and training preparation.

数字化核电站主控室团队绩效很大程度地受到班组成员之间的协调与沟通的影响。由于数字化对于信息的显示、分享、人机协作关系的影响,传统核电站的经验可能不适用于数字化核电站,有必要研究数字化核电站主控室团队协调与沟通的过程及其影响因素,并探索支持团队协调与沟通的人机界面设计方法。生产环境的机密性和被试样本的特殊性使得主控室团队协调与沟通的相关研究非常有限。本研究结合核电站主控室实地研究、视频分析、操纵员访谈和实验室研究,深入理解数字化的核电站班组的团队协调与沟通机制，建立核电站班组的协调与沟通行为框架，研究团队协调与沟通的评价方法，设计支持沟通与协调的创新主控室共享画面设计方案，并通过实验室试验研究共享画面设计和协同诊断方式对班组绩效和协调沟通质量的影响，结果将为数字化核电站主控室的系统和流程设计、人机界面设计、评价和培训主控室团队提供指导性意见。

复杂安全关键系统的绩效受到团队协调与沟通过程的影响，而数字化技术的引入不仅改变了团队信息的显示和分享，也影响着团队协调和人机协作关系。本研究以数字化核电站中的团队协调与绩效为研究对象，全面深入地刻画了团队协调机制及其影响因素，探索了针对团队协调与绩效的人机交互设计方法和思路。研究首先整合主控室班组的工作流程建立了一套完整的、有效和可靠的班组协调与沟通的行为分类框架，通过行为记录视频分析验证了该分类系统的可靠性和可行性，为后续通过行为观察系统地研究团队协调行为奠定基础。在此基础上，本研究从不同层面深入研究了主控室班组的协调失效原因：从理论层面上，通过行为观察、专家访谈和扎根理论分析，识别出三个层面（工作流程、个体特征和团队与环境）24个协调失效原因；在行为层面上，通过采用行为编码和延迟序列分析方法对比分析高低协调绩效班组的行为记录视频，识别出若干刻画高低协调绩效的典型协调行为特征序列。成果深化了对核电站主控室中团队协调机制的理解，为主控室班组和优化操作流程提供了重要的、实用的参考依据。最后，课题组从支持团队协调活动和降低操纵员认知负荷两个角度提出了三项创新人机交互界面设计支持方法，并通过实验室试验、操纵员测试和专家评审检验了界面设计的有效性。研究工作弥补了复杂安全关键系统中团队绩效及其影响因素研究的若干空白，为客观全面地评估团队过程提供了新的视角和工具方法，并为系统和流程设计、人机界面设计、团队培训和开发提供了直接指导。研究成果在高质量的论文发表之外，还在核电站主控室人机交互设计和核电站调试诊断团队改善中得到了转化和应用。