There are various stressors in NPP maintenance, such as environmental stressors and work-related stressors. These stressors degrade human performance and increase human error. Stress has not been largely considered as a factor of human error in root cause analyses. Recently, however, regulatory bodies and research institutes have worked to manage the physical condition of the operator and improve the environment and methods of NPP maintenance. These efforts have focused on reducing the incidence of human error due to stress. It is necessary to study how much stress affects human performance before these efforts are complete.
The objectives of the present study are to formulate a Task Concentration Index (TCI) based on Electrocardiogram (ECG) signals in order to evaluate the degree to which a person concentrates on a task experimentally. With the TCI, the study will also evaluate the effects of noise and sleep loss on human performance during NPP maintenance tasks.
Stress influences the efficiency of information processing and data input and output. Stress and human error are tightly linked in a closed-loop combination. The human body responds to stress by activating the nervous system and specific hormones. Therefore, physiological signals are changed by stress. A spectral analysis of Heart Rate Variability (HRV) provides a noninvasive technique for indirectly measuring sympathetic and parasympathetic modulation during specific tasks. The high-frequency component (HF, 0.15~0.4Hz) reflects momentary respiration and is mediated by the parasympathetic nervous system. The low-frequency component (LF, 0.04~0.15Hz) has been interpreted mainly as an indicator of sympathetic influences (especially when expressed in normalized units). When the level of stress is high, the Normalized Low Frequency component (NoLF) of HRV signals is generally higher than the normal state. The difference in NoLF readings between a normal state and during a task could be used to evaluate the effects of stress. The Task Concentration Index (TCI) was formulated according to the difference in NoLF readings. The TCI is used to analyze how well subjects concentrate on the tasks.
Through the experiments, the relationship between the performance and the TCI due to noise and sleep loss is evaluated while the subjects complete the tasks. The tasks are divided into simple (monotonous) work and complex (cognitive) work. The working time, error rate, and TCI were found to be related to the level of noise and the amount of sleep loss during complex work, but were only slightly related during simple work.
원자력발전소 정비업무에는 많은 스트레스 요인들이 있다. 이러한 스트레스 요인들은 인간 수행도를 감소시키고 인간오류를 증가시킬 수 있다. 지금까지 인간실수의 원인에 대하여 스트레스 요인을 고려하는 노력이 부족하였으나 최근 원자력발전소 종사자의 신체상태 관리나 정비환경과 방법의 개선을 통하여 인간실수를 저감하려는 연구들이 이루어지고 있다. 이러한 연구들에 앞서 스트레스 요인 별 인간 수행도에 미치는 영향 정도를 평가하려는 연구가 선행되어야 한다.
이 연구의 목적은 원자력발전소 정비업무 시 소음과 수면부족으로 인하여 인간 수행도의 변화를 평가하고, 심전도 신호를 이용한 작업집중도 지수를 제시하여 작업집중도 지수와 인간 수행도와의 관계를 평가하는 것이다.
원자력발전소 정비업무에는 소음과 고온 등의 작업 환경의 물리적인 스트레스 요인과 직무나 생활과 관련된 심리적인 스트레스 요인이 다양하게 존재한다. 이러한 스트레스 요인은 정비작업 종사자의 스트레스를 증가시킨다.
스트레스는 인간의 정보처리 과정과 정보의 입출력 등에 부정적인 영향을 미친다. 스트레스는 인간오류를 증가시키고 인간오류는 스트레스를 유발하는 폐쇄구조의 관계를 갖는다.
인간이 스트레스 받게 되면 생리적으로는 자율신경계와 중추신경계에 변화가 생겨서 생리적인 신호들이 변화하게 된다. 특히 심전도 신호는 스트레스의 측정수단으로 유용하게 사용될 수 있는데 심장 박동수 변이율 (HRV) 스펙트럼 분석을 통하여 얻어진 정규화된(Normalized) 저주파성분의 크기는 스트레스에 의한 교감신경의 활성도를 정량화할 수 있다. 작업 전후와 작업 중의 심장 박동수 변이율의 정규화된 저주파성분 값 차이를 이용하여 스트레스에 의하여 인간이 영향을 받는 정도를 정량화하는 작업집중도 지수를 제안하였다.
실험을 통하여 계측제어 정비작업 중에 소음과 수면부족으로 인한 수행도와 작업집중도 지수 변화를 평가할 수 있었다. 작업의 형태는 단순작업과 인간의 인지적인 능력이 필요한 복잡작업으로 분류되었다. 소음은 원자력발전소의 증기발생기 급수펌프 소리를 이용하여 90-105dB 범위에서 이용되었으며 수면부족은 18-21시간 범위에서 이용되었다. 작업 전후에 5분간의 휴식이 이루어졌으며 작업중과 휴식 중에 심장 박동수 변이율을 이용하여 작업집중도 지수를 계산하였다.
실험결과 인간의 인지적인 능력이 요구되는 복잡작업 중에는 소음과 수면부족의 스트레스 요인과 인간 수행도 (작업시간과 에러율)의 변화가 뚜렷한 연관성을 보였다. 그리고 인간 생리신호의 반응인 작업집중도 지수도 뚜렷한 변화를 보였다. 작업시간, 에러율, 작업집중도 지수의 관계는 통계분석상 유의미한 관계를 보였다. 반면 인지적인 능력이 필요하지 않은 단순작업에서는 소음과 수면부족의 스트레스 요인과 인간 수행도, 작업집중도 지수와의 관계가 복잡작업에서의 결과 보다 연관성이 적었다. 그러므로 인간의 생리신호인 심전도를 이용하여 제시된 작업집중도 지수는 인지적인 작업 중 인간 수행도를 예측할 수 있는 좋은 방법이 될 수 있다. 작업집중도 지수를 이용하여 작업 중의 인간 수행도를 예측할 수 있다면 작업자가 인간오류를 유발하기 전에 도움을 줌으로써 인간오류를 막을 수 있을 것이다.
