الدور الحاسم للتفاعل بين البشر والملاحين في مجال الأمان النووي

وفي غرفة للمراقبة النووية، فإن واجهة الملاحين البشرية هي أكثر بكثير من مجموعة الشاشات والضوابط - وهي جسر معرفي يترجم الحالة المعقدة للمفاعل إلى معلومات قابلة للتنفيذ بالنسبة للمشغلين - لا يمكن أن تكون المخاطر أعلى: إذ أن وجود جهاز إنذار غير مترجم، أو مدخلات غير مستعملة، أو اتجاه مغفل يمكن أن يتطور إلى حدث أمني حرج(ه)

(ب) [غرفة التحكم النووي الحديثة] هي بيئة كثيفة البيانات: يجب على المشغلين رصد مئات البارامترات - الضغط، ودرجة الحرارة، وتدفق النيوترونات، ومستويات الإشعاع، ومواقع الصمامات في النظم المتعددة في وقت واحد.

وقد أدى التحول من نظام الشعار إلى نظم المراقبة الرقمية إلى تغيير جذري في المشهد الخاص بمنطقة HMI، واستعيض عن الألواح الثابتة والصعبة بالعرض على البرامجيات التي يمكن إعادة تشكيلها وطبقتها وآلية، وفي حين أن المشغلات الرقمية تعمل على توفير المرونة وتكامل البيانات، فإنها تستحدث أيضاً أوجه ضعف جديدة - أمنية، وأخطاء منطقية في البرامجيات، وارتباك في النماذج(17).

المبادئ الأساسية لتصميم HMI في غرف الرقابة النووية

وينظم تصميم آلية عسكرية نووية في غرفة مراقبة نووية مجموعة من المبادئ الأساسية التي تم صقلها من خلال عقود من البحث والخبرة التشغيلية، وهذه المبادئ تكفل أن يدعم الوصل بين المشغل بدلا من أن يتنافس على الاهتمام أو يجلب الغموض، وفي حين توجد قوائم كثيرة، فإن المبادئ الخمسة التالية يتم التأكيد عليها باستمرار في التوجيه التنظيمي وأفضل الممارسات في مجال الصناعة.

الوضوح والسرعة

ويعني الوضوح أن لكل عنصر على الشاشة غرض واضح، وهو غير مفهوم على الفور، ولا يعني التبسيط إغفال المعلومات اللازمة؛ بل يتطلب أن تكون المعلومات منظمة بشكل هرمي، وأن تكون البيانات الأكثر أهمية متاحة على نحو واضح وثانوي عند الطلب، وأن يُحمّل عرضا واحدا بعدد كبير من المتغيرات التي تعمل فيها القوات على التصفية العقلية، وأن يُعطي الأولوية، وأن يزيد من الجهد المعرفي، وأن يُحتمل حدوث خطأ مشترك.

الاتساق

(ب) أن تكون التطابق بين جميع شاشات HMI - سواء بالنسبة لنظام التبريد المفاعل أو التربين أو المشغلين المزودين بالنظم المساعدة - لتطبيق نموذج عقلي ينتقل دون هوادة، وأن يكون الرمز واللون والعلامة هو نفسه المكون أو المركز، فعلى سبيل المثال، يجب أن يشير الرمز الأحمر المتحرك عالمياً إلى وجود إنذار حرج، ولا يقدم أبداً حالة عادية من الأخطاء في تصميم المواد الكيميائية - 60

التغذية والاستجابة

وبالإضافة إلى ذلك، فإن كل ضغط على زر تشغيل، أو قيادة صمامات، أو تغيير في نقطة معينة، ينتج تعليقات فورية لا لبس فيها تؤكد أن النظام قد تلقى التعليمات ونفذتها، وأن التأخيرات أو الردود الغامضة تسبب قيام المشغلين بتكرار الإجراءات أو التشكيك في الواجهة بين الدولتين)٢٨٢١(؛

Ergonomics and Anthropometry

(أ) أن تكون مقاعد غرفة التحكم، ومرتفعات الضمادات، والتنسيب الشاشة، والإضاءة كلها تؤثر على راحة المشغلين والأداء أثناء النوبات الممتدة (التي تدوم 12 ساعة) ويجب تصميم محركات HMIS من أجل النطاق الكامل لحجم أجهزة التشغيل وقدرات البصر، وينبغي أن تكون أهداف الشاشة كبيرة بما يكفي للاختيار السهل، ويجب أن تسمح المسافات المرئية بقراءتها دون إجهاد.

الارتداد والسلامة

وينبغي أن تظهر البارامترات الحرجة - مثل طاقة المفاعل ودرجة الحرارة الأساسية والضغط - على ما لا يقل عن نظامين مستقلين من نظم الإنذار المبكر (مثلاً، الشاشة الأولية، والنسخ الاحتياطي) وأن تكفل التخلف عن العرض، دون أن يعمى المشغل، ويجب أن تكون أجهزة الإنذار بالسلام مختلفة عن أجهزة الإنذار الإعلامية، وعلى سبيل المثال، نظام إنذار حرفي من الدرجة الثانية**، حيث يُعد ضوءاً أصفر بدرجة عالية من التردد.

المعايير التنظيمية والصناعية

وتطبق الصناعة النووية في إطار تنظيمي صارم يقضي بفرض أنشطة صارمة على نطاق دورة حياة التصميم، كما أن معيار NUREG-0700، كما ذكر سابقا، يوفر معايير محددة لاستعراض تصميمات الأجهزة الرقمية HMI، بما في ذلك بنود قائمة العوامل البشرية للعرض والضوابط وأجهزة الإنذار ودخول البيانات، وبالمثل، فإن نماذج الترخيص للنظم المعتمدة رقم 182.

وبالإضافة إلى عوامل التنظيم، فإن الهيئات الصناعية، مثل معهد بحوث الطاقة الكهربائية، Electric Power Research Institute (EPRI)]، تنشر مبادئ توجيهية بشأن إدارة الإنذار، وتصميم العروض، وتدريب المشغلين على العمليات الرقمية لتحديد المواقع، كما أن العوامل الإنسانية وجمعية الإيرغونوميكات (HFES) التصميمات توفر معايير، وإن لم تكن مرخصة، مجتمعة.

The IAEA#8217;s recent publication on Control Room Design] emphasizes the integration of HFE with instrumentation and control engineering. It recommends that HMI designers work closely with control engineers and operators from the conceptual stage through to plant commissioning. This collaborative approach has been shown to reduce costly redesigns and improve operator acceptance of new interfaces.

:: إعادة تشكيل غرفة الرقابة النووية

وقد فتحت عملية الترميز الباب أمام الابتكارات التي لا يمكن تصورها في عصر التناظر، ويمكن لهذه التكنولوجيات، عندما تكون مصنّعة على نحو سليم من الناحية الإنسانية، أن تعزز بشكل كبير أداء المشغلين وسلامة النباتات.

الشاشات والصور المقنعة

كما أن غرف المراقبة الحديثة تستخدم على نحو متزايد أجهزة الشاشة الكبيرة (حتى 55 بوصة أو أكثر) التي يمكن أن تعرض لمحة عامة عن النباتات، ورسم خرائط النظم والاتجاهات، وتتيح المخططات القابلة للتداول لكل عامل أن يصمم مكان عمله على أساس الأفضلية الشخصية أو المهمة المحددة التي تقع على عاتقه، وعلى سبيل المثال، يمكن لمشغل المفاعل أن يعطي الأولوية للبارامترات الأساسية على الشاشة الرئيسية، بينما يركز مشغل الترسبات على مستويات المولدات المحتوية على المولدات.

Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR)

يمكن أن يُقدّم [التجاوزات في الانبعاثات] بيانات حية إلى معدات مادية في غرفة التحكم أو أثناء العمليات الميدانية، فعلى سبيل المثال، يمكن لأخصائي تقني يصلح صماماً أن يرى درجة حرارة وضغط في الوقت الحقيقي مُخدّراً على جسم الصمامات عن طريق جهاز للتصوير المُموّل من أجل إحداثيات منفصلة، وفي غرف التحكم، يمكن أن يسلط الضوء على موقع مصدر إنذار على لوحة آلية تدريب مُعدّة.

نظم الإنذار الذكية

ففيضانات الأسلحة - حيث تفجر عشرات أو حتى مئات الإنذارات في وقت واحد أثناء فترة الانتقال - لا تزال تشكل تحدياً كبيراً، إذ أن نظم الإنذار الذكية تستخدم قواعد، وأنماط الدولة النباتية، وترتيب درجة الحرارة لتحديد أولويات أجهزة الإنذار ووقفها، مثلاً إذا تم اكتشاف رحلة الضخ، فإن الإنذارات الثانوية الناجمة عن تلك الرحلة (مثلاً، انخفاض التدفق، وارتفاع درجة الحرارة) تُجمع تلقائياً في إطار السبب الجذري.

التحليلات الطبية والتعلم في مجال الآلات

ويمكن أن تحلل خوارزميات التعلم الماكنة بيانات النباتات التاريخية للتنبؤ بتدهور المكونات - مثل الضخ الذي يحمل أو يلصق الصمامات - قبل أن تؤدي إلى رحلة، ويمكن أن تبين هذه التنبؤات بأنها اتجاهات الاحتمال أو تقديرات حياة مفيدة، مما يعطي المشغلين الوقت للتخطيط لعمليات الصيانة أو تعديلها، ويكمن التحدي في تقديم معلومات قابلة للتحمل بطريقة تثق بها وتتفهمها.

اعتبارات العوامل البشرية وقابلية الاستخدام

ولا يهم مدى تقدم التكنولوجيا، فإن شركة HMI لا تعدو أن تكون مناسبة لمؤسسة تشغيل الإنسان، ويجب أن تطبق الهندسة المسببة للعوامل الإنسانية بصورة منهجية من خلال عملية تصميم متكررة تشمل تحليل المهام، والتنبؤ المبكر، واختبارات الاستخدام الصارمة مع المشغلين الممثلين في محاكاة عالية الجودة، وينبغي أن تشمل دراسات المواظبة الظروف الروتينية ومجموعة من السيناريوهات الطارئة (من انقطاع المحطة إلى الإجهاد الناجم عن توليد الطاقة الكهربائية).

وتشمل العوامل الإنسانية الرئيسية التي تخص الجماعات المسلحة النووية:

  • Mode confusion:] Operators can lose track of whether the system is in automatic or manual mode, or which software version is active. Designers must make mode status highly visible and provide clear transitions.
  • ]Situation awareness:] The HMI should support a continuous mental model of the plant’s state. Mimic diagrams that align with the physical plant layout and trend displays that show rate of change are effective tools.
  • Team coordination:] In a control room, multiple operators (reactor operator, turbine operator, shift supervisor) share screens and alarms. HMIs must support shared situational awareness and clear communication, e.g., by indicating which alarm has been acknowledged by whom.
  • ]Fatigue and workload:] Extended shifts require interfaces that do not demand constant high attention. Adaptive functioning- where the system adjusts the level of detailed display based on operator workload - is an area of active research.

وتكلف برامج الاختبار المكرر في برنامج HFE (NUREG-0711) (نموذج استعراض برنامج الهندسة في مجال عوامل الإنسان) كل عملية تنقح الوصلة البينية قبل نشرها، فعلى سبيل المثال، أثناء تصميم غرفة التحكم في الرقم 1000، أجرى ويستنغهاوس تقييمات متعددة قائمة على المحاكاة مع مشغلين مرخص لهم للتحقق من صحة الرقم HMI، وكانت النتيجة نظام مراقبة موزع يحسن أداء المشغلين مقارنة بالتصميمات التقليدية.

التغلب على التحديات: زيادة عبء المعلومات وإمكانية الاعتماد على النظام

ورغم التقدم التكنولوجي، يجب التصدي للعديد من التحديات المستمرة لضمان تعزيز البعثات البشرية بدلاً من الانتقاص من السلامة.

وما زال عبء المعلومات أكثر قلقاً، فمع إضافة المزيد من أجهزة الاستشعار وزيادة قوة تحليل البيانات، فإن الإغراء هو أن يظهر مزيداً من المعلومات، غير أن الدماغ البشري لا يستطيع سوى تجهيز كمية محدودة من البيانات في وقت واحد، ويجب على المصممين تطبيق معايير تحديد أولويات المعلومات** وتقنيات الضغط**، وعلى سبيل المثال، بدلاً من إظهار كل قياس للدرجات الحرارية، قد يظهر العرض على الفور ملخصاً للقيم الصفراء (الحد الأقصى)

(ب) يمكن أن تكون النظم المشابهة مقوَّمة في ظروف متطرفة أخرى، وفي حين أن نظم الأشعة المغنطة كثيرا ما تكون مشدَّدة ضد التدخل الكهرومغناطيسي ودرجة الحرارة القصوى، يجب تصميم محركات رقمية ذاتية عالية بتكرار، وتسامح مع الأخطاء، وتأمين إمدادات الطاقة، ويجب أن تكون قادرة على مواصلة العمل خلال حالة طوارئ نباتية، بما في ذلك فقدان درجة الحرارة العالية، والإشعاع.

الاتجاهات المستقبلية: التكامل والترابط الإيجابي

والجيل القادم من محطات الطاقة النووية - بما في ذلك المفاعلات الصغيرة المتطورة والمفاعلات الدقيقة - يحتمل أن يميز نظم المراقبة الآلية بدرجة عالية مع انخفاض عدد العاملين فيها، ويجب أن تمكن شركات التشغيل هذه من إدارة وحدات متعددة للمفاعلات إدارة آمنة، وهذا يتطلب أدوات أكثر تطورا لدعم اتخاذ القرارات، بما في ذلك نظم التشخيص القائمة على أساس " آي " التي تفسر الارتباك في العمل وتوفر الإجراءات الموصى بها.

وثمة اتجاه واعد آخر يتمثل في استخدام التوأم الظاهر** - نماذج عالية التكوين للمصنع التي تجري بالتوازي مع العملية المادية، ويمكن للتوائم الرقمي أن يحفّز نتائج أعمال المشغل المحتملة قبل تنفيذها، ويوفر استعراضا مسبقا يعزز عملية صنع القرار، ويمكن للمبادرة أن تعرض " 820 " ؛ ويُرجى من الفريق العامل المعني بمكافحة الاختبارات النووية أن يُحدّ من النتائج الرقمية في النموذج الافتراضي، ويحدّ من المخاطرة.

الاستنتاج: تحقيق التوازن بين الابتكار والمصانع البشرية في بروفين

إن تعزيز الوصلات بين الإنسان والملاحين في غرف المراقبة النووية يتطلب نهجاً متماسكاً ومستمراً يتزوج التكنولوجيا المتطورة مع مبادئ عوامل بشرية مجربة زمنياً، ويتيح الابتكار الرقمي أدوات قوية - تحجب الحقائق، وتزيد من الواقع، وتحلل تحليلات تقودها الوكالة الدولية للطاقة، ويمكن أن تحسن أداء المشغلين بشكل كبير، غير أن هذه الأدوات يجب أن تتكامل مع العناية، مع احترام القيود والقوام التي يفرضها على المشغلين.

NUREG-0700, Human-System Interface Design Review Guidelines]
] ] IAEA Safety Report on Control Room Design]
DOE Virtuality Training for Nuclear[FLT:]