As digital and computer technologies have grown, human-machine interfaces (HMIs) have evolved. In safety critical systems, especially in nuclear power plants (NPPs), HMIs are important for reducing operational costs, for reducing the number of necessary operators, and for reducing the probability of accident occurrence. Efforts have been made to improve main control room (MCR) interface design and to develop automation or support systems to ensure convenient operation and maintenance. In this paper, an integrated decision support system to aid the cognitive activities of operators is proposed for advanced MCRs in future NPPs. The proposed system supports not merely a particular task, but also the entire operation process based on a human cognitive process model. It supports the operator’s entire cognitive process by integrating decision support systems that support each cognitive activity. In this paper, the operator’s operation processes are analyzed based on a human cognitive process model and appropriate support systems that support each activity of the human cognitive process are suggested.
Two decision support systems were developed in this paper. The first one is the fault diagnosis advisory system (FDAS) which detects faults and diagnoses them. The FDAS provides a list of possible faults and expected causes to operators. It was implemented using two kinds of neural networks for more reliable diagnosis results. The second system is the multifunctional operator support system for operation guidance, which includes the FDAS and the operation guidance system. The operation guidance system is to prevent operator’s commission errors and omission errors.
Furthermore, the effect of the proposed system was estimated because to evaluate decision support systems in order to validate their efficiency is as important as to design highly reliable decision support systems. The effect estimations were performed theoretically and experimentally. The Bayesian belief network model was used in the theoretical effect estimation, and the model was constructed based on human reliability analysis event trees. For the experimental effect estimation, a prototype of the proposed system was implemented. The prototype has simplified functions for an alarm information system, a fault diagnosis system, a computerized procedure system, and an operation validation system. In the results of both theoretical and experimental evaluations, the proposed system showed better performance compared to independent decision support systems.
디지털 기술과 컴퓨터 기술이 발전함에 따라 인간기계연계 시스템도 많은 발전을 이루고 있다. 특히 원자력발전소 같은 안전이 매우 중요한 시스템에서 인간기계연계 시스템은 필요한 운전원의 숫자와 운전비용, 그리고 사고의 확률을 줄일 수 있는 중요한 시스템이다. 따라서, 원자력발전소 주제어실의 인터페이스 개선에 대한 연구와 운전원의 편리한 운전을 도와주는 자동화 시스템, 운전지원 시스템에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 본 논문에서는 원자력발전소의 차세대 주제어실을 대상으로 하는 운전원의 인지단계를 지원해주는 통합된 운전지원 시스템을 제안하였다. 현재 차세대 주제어실을 위한 다양한 종류의 운전지원 시스템이 개발되고 있는데, 이러한 시스템을 실제 발전소에 적용하기 위해서 어떠한 종류의 시스템이 주제어실 운전원에게 가장 적합하고 도움이 되는지에 대한 기준을 정할 수 있는 연구가 필요하다. 이에 본 연구는 단순히 어떠한 한 업무를 지원하는 지원 시스템이 아닌 운전원의 인지과정 모델을 기반으로 한 운전원의 전체적인 인지과정을 지원하는 시스템을 제안하고자 한다. 제안된 시스템은 운전원의 각 인지단계를 지원하는 여러 운전지원 시스템들을 더 효율적인 운전 수행도를 얻기 위하여 통합한 시스템이다. 이를 위해 운전원의 운전과정이 인지과정모델을 이용하여 분석되었고, 각 인지단계에 적합한 운전지원 시스템들이 제안되었다.
본 연구에서는 두 종류의 운전지원 시스템이 개발되었다. 첫 번째는 고장진단조언 시스템 (Fault Diagnosis Advisory System)으로 발전소의 고장을 찾아내고 진단해서 운전원에게 현재 상황에 대한 가능성이 높은 고장 목록과 그에 따른 예상되는 징후들을 알려준다. 이 시스템은 더 신뢰성 높은 결과를 얻기 위하여 두 종류의 동적 신경망 (Dynamic Neural Network)을 이용하여 구현되었다. 두 번째 시스템은 운전지침을 위한 다기능의 운전지원 시스템 (Multifunctional Operator Support System for Operation Guidance)이다. 이 시스템은 고장진단조언 시스템과 운전지침 시스템 (Operation Guidance System)을 포함하고 있다. 운전지침 시스템은 운전원의 commission error와 omission error를 방지하기 위한 시스템이다.
또한 본 연구에서는 제안된 시스템에 대한 평가가 수행되었다. 운전지원 시스템을 실제 발전소에 적용하기 위해서는 매우 높은 신뢰도를 보장할 수 있도록 시스템을 설계하는 것도 중요하지만, 개발된 시스템의 효과와 성능을 검증하기 위한 평가도 매우 중요하다. 본 연구에서는 제안된 시스템을 이론적인 방법과 실험적인 방법을 모두 이용하여 평가를 수행하였다. 이론적인 평가를 위해서는 Bayesian Belief Network (BBN) 모델이 이용되었고, BBN모델을 만들기 위해서 인간 신뢰도 분석 사건수목 (Human Reliability Analysis Event Tree)이 이용되었다. 실험적인 평가를 위해서는 제안된 시스템의 프로토타입이 개발되었다. 개발된 프로토타입은 경고 시스템과 고장진단 시스템, 전산화절차서 시스템, 운전검증 시스템에 대한 기능들을 포함하고 있다. 이론적인 평가와 실험적인 평가의 결과 모두 제안된 시스템이 독립적으로 사용된 운전지원 시스템보다 더 좋은 성능을 보여주는 것으로 나타났다.
