Advanced control room (ACR) human-machine interface (HMI) design of advanced nuclear power plants (NPPs) such as APR (advanced power reactor)-1400 can be validated through performance-based tests to determine whether it acceptably supports safe operation of the plant. In this paper, plant performance, personnel task performance, situation awareness, workload, teamwork, and anthropometric/ physiological factor are considered as factors for the human performance evaluation. For development of measures in each of the factors, measures generally used in various industries and empirically proven to be useful are adopted as main measures with some modifications. In addition, helpful measures are developed as complementary measures in order to overcome some of the limitations associated with the main measures. The development of the measures is addressed based on the theoretical and empirical background and also based on the regulatory guidelines. A computerized system, which is called HUPESS (human performance evaluation support system), is developed based on the measures developed in this paper. The development of HUPESS is described with respect to the system configuration, the development process, and integrated measurement, evaluation, and analysis. HUPESS supports evaluators (or experimenters) to effectively measure, analyze, and evaluate the human performance for the HMI design validation in ACRs. Hence HUPESS is expected to be used as an effective tool for the human factors validation in the ACR of Shin Kori 3 & 4 NPPs (APR-1400 type) which are under construction in South-Korea. Also two measures of attentional-resource effectiveness based on cost-benefit analysis are developed. One of them is Fixation to Importance Ratio (FIR) which represents the attentional resources spent on an information source compared to the importance of the information source. The other measure is selective attention effectiveness (SAE) which incorporates the FIRs for all information sources. Experiments are performed to demonstrate the validity of the SAE and the FIR. The results of the experiments reveal that the FIR and the SAE can be used as measures of effectiveness in monitoring and detection tasks and further as measures of situation awareness. In addition, a difficulty evaluation method in information searching (DEMIS) based on the SAE and the FIR is proposed and demonstrated with an application to complex diagnostic tasks. From the application results, it is demonstrated that DEMIS can find out the poor performance in information searching tasks such as monitoring and detection in NPPs and eventually the root causes leading to the poor performance by evaluating the effectiveness measures, the FIR and the SAE, and then by evaluating the difficulties coupled with poor performance in selective attention. Hence DEMIS is expected to be effectively used for the human factors validation in ACRs.
원자력 발전소에서 신뢰성과 안전성을 향상시키기 위한 연구개발은 주로 설비자동화, 안전계통의 안전 여유도 확보, 주요 공정계통의 성능 향상에 집중되어 왔다. 그러나 TMI사고, 체르노빌 사고, 기타 원자력 발전소의 사건들에 대한 연구에서 부적절한 주제어실 설계, 부적절한 운전절차, 부적절한 운전원 훈련 등의 인간공학적 측면에서의 결함이 사건이나 사고를 초래하는 중요 요소임이 확인되었다. 이에 따라 원자력 산업에서도 인간공학에 대한 관심이 점차 증대되고 있는 실정이다. 또한 현대 컴퓨터 시스템의 데이터 처리 및 정보제공 능력이 비약적으로 향상됨에 따라 디지털 기반의 컴퓨터 시스템이 첨단 주제어실 설계에 점진적으로 도입되고 있다. 일례로 CRT 또는 LCD 기반의 디스플레이 장치, 대형 정보 표시판, 소프트 콘트롤, 전산화 절차서, 첨단 알람 시스템 등이 신형 원자력 발전소인 APR-1400에 적용되었다. 이러한 최신 디지털 기술의 적용으로 주제어실 운전원들의 직무는 기존 아날로그 기반의 수동조작 위주의 운전에서 감독자 또는 의사결정자로서의 인지적인 성격의 직무로 바뀌게 되었다. 따라서 인간공학은 첨단 주제어실 설계에서 매우 중요한 부분으로 인식되고 있다. 이러한 인간공학적 접근을 지원하기 위해서 미국에서는 “인간공학 프로그램 검토 모델 (HFE PRM)”을 원자력 규제기관인 N.R.C의 지원 하에 개발하였다. 통합시스템 검증은 이러한 인간공학 프로그램 검토 모델의 한 단계로서 인간공학적 검증 절차에 해당된다. 통합시스템 검증은 통합 시스템(원자력 발전소)의 설계가 안전한 운전을 보장하는가에 대한 인적수행도 기반의 검증시험을 통해서 수행된다. 미국의 규제 가이드라인인 NUREG-0711이나 NUREG-6393에서는 통합 시스템 검증을 위한 일반적인 가이드라인을 제공하고 있다. 그러나 이러한 가이드라인을 적용하기 위해서는 실제 운전환경을 고려한 구체적이고 실질적인 인적수행도 평가척도와 방법이 개발되어야 한다.
본 연구에서는 원전성능, 운전원 직무 수행도, 상황인식, 작업부하, 팀협업도, 인체측정/생리학적 요소 등을 통합시스템 검증을 위한 인적수행도 평가 요소로 고려하여 인적수행도 평가 척도를 개발한다. 각각의 평가 요소에서의 평가척도들을 개발하기 위해서 다양한 산업계에서 널리 사용되어 그 유용함이 경험적으로 입증된 척도들을 조사하여 첨단주제어실 평가에 적합하도록 개량하여 주평가 척도로 개발하였고 이러한 주평가 척도의 한계를 보완할 수 있도록 보조 평가척도를 개발하였다. 평가척도들의 개발은 이론적 및 경험적 배경과 규제 가이드라인에 근거하여 기술된다. 또한 개발된 인적수행도 평가 척도들을 효율적이고 통합적으로 측정, 분석, 평가 할 수 있도록 지원 해 줄 수 있는 컴퓨터 시스템을 개발하였다. “HUPESS”라고 명명된 이 시스템은 검증시험의 시험진행자 또는 시험평가자가 효과적으로 인적수행도를 측정, 분석, 평가 할 수 있도록 지원해 주는 시스템이다. 따라서 HUPESS는 현재 건설 중에 있는 신고리 3, 4호기 첨단주제어실의 인간공학적 설계검증을 위한 효과적인 도구로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
한 본 연구에서는 원전에서 운전원들이 상황을 이해해 나가는 과정이 훈련이나 경험을 통해 확립된 정신모형에 근거하여 중요한 정보를 선택적으로 응시함에 주목하고 상황에 중요한 정보일수록 더 많은 인지적 자원을 사용해야 한다 (시각자원의 경우, 더 자주 더 오래 응시해야 한다)는 가정하에 “인지자원의 효율성 척도 (attentional resource-effectiveness measures)”를 제안하고 실험을 통해 검증하였다. 인지자원의 효율성 척도로는 두 가지 척도가 개발되었다. 개별 정보에 대한 효율성을 나타내는 응시-중요도비율(FIR)과 모든 정보에 대한 효율성을 나타내는 선택적 정보응시 효율성(SAE)이 두 가지 척도이다. 이 척도들의 타당성을 검증하기 위해 원전에서의 복잡한 진단업무에 적용한 실험연구를 통해 척도의 타당성을 확인하였다. 또한 SAE척도는 운전원이 얼마나 효율적으로 상황을 이해하는가에 대한 척도이므로 상황인식의 척도로도 활용될 수 있음에 주목하고 둘의 관계를 실험연구로 분석한 결과SAE척도가 상황인식의 척도에 유용하게 사용될 수 있음을 입증하였다. 마지막으로 인간기계연계의 설계적합성을 평가하는 한 방법으로 정보검색 시 인간기계연계의 문제점 평가방법(DEMIS)를 개발하였다. DEMIS에서는 정보검색 업무 시 효과적인 정보응시를 못하는 원인은 운전원의 지식이 부족한 경우(정신모형이 잘 발달되지 않은 경우)와 인간기계연계에 설계오류가 존재하는 경우로 판단하여 개발된 SAE 척도와 FIR척도를 이용하여 선택적 정보응시의 효율성을 평가하고 효율성이 낮을 시 운전원의 지식정도(정신모형)을 평가하여 지식정도가 낮으면 훈련과정을 제안하고 지식정도가 양호하다면 인간기계연계에 설계오류가 있다고 가정하여 FIR을 이용하여 선택적 정보응시의 효율성을 저하시키는 인간기계연계의 특정 설계오류를 찾아낸다. 또한 확인된 특정 설계오류에 대해 집중적 설문평가를 통해 보다 구체적이고 구조적으로 원인과 개선방향을 찾아낸다. DEMIS는 원전에서의 복잡한 진단업무에 대한 실험연구에 적용되어 구조적이고 객관적인 방법으로 설계오류를 찾아내고 개선책을 제시해 주는 매우 효과적인 방법임이 입증되었다. 따라서 향후 신형원전의 주제어실 인간기계연계 평가 시 매우 유용한 도구로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
