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毕业论文-基于功能的认知任务分析方法和功能画面研究，共141页，66331字
中文摘要
随着计算机的推广和数字化系统对大量复杂信息处理的支持，数字化主控室
的建设成为了可能。数字化系统在提高系统效率和能力的同时，也可能会带来诸
如人机任务分配、可靠性安全性、人机交互、“钥匙孔”效应等问题，并有可能
影响核电站主控室操作员完成监视任务的绩效。如何根据核电站的功能、核电站
主控室的任务以及人机交互界面设计的准则，设计可以辅助操作员完成监视任务
的人机交互界面，是第三代核电站主控室设计中一个非常重要的问题。
本论文首先对美国西屋公司提出的基于功能的认知任务分析（FBTA）方法和
其他在核电站中广泛应用的认知任务分析（CTA）方法进行了调研及比较，对 FBTA
方法进行了初步评估。其次，基于 FBTA 方法对 AP1000 核电站中认知任务分析的
结果，结合人机界面设计导则（NUREG-0711 和 AP1000 核电站人机界面设计导则），
就冷却剂装量控制这一功能设计了功能画面。在此基础上，通过实验研究了传统
画面和功能画面这两种不同的界面对参试者完成核电站主控室监视任务时的异
常判断正确率、异常误诊断率、情境意识水平、主观负荷水平的影响。
实验结果显示，不同的画面设计会对人的绩效产生影响。参试者使用功能画
面时有更低的异常误诊断率，更低的主观负荷和更高的情境意识水平。主观评价
也表明大部分参试者更喜欢功能画面的信息呈现形式，认为功能画面更有利于对
系统运行状态的把握，有利于减轻工作负荷，并有助于完成长期的监视任务；但
是传统画面的设计更加有利于把握电厂结构和运行原理。
关键词：核电站；数字化主控室；认知任务分析；基于功能的认知任务分析；功能画面

目录
第 1 章 引 言 .......1
1.1 研究背景 ......1
1.2 研究内容和意义 ............2
第 2 章 文献综述 .3
2.1 核电站数字化主控室带来的挑战 ...3
2.2 对认知任务分析方法的概述 ..........4
2.2.1 认知任务分析方法的定义 ..........4
2.2.2 认知任务分析方法的发展 ..........5
2.2.3 传统任务分析方法和认知任务分析方法的比较 ..........6
2.3 认知任务分析方法执行的不同阶段 ................7
2.4 认知任务分析方法的分类 ..............9
2.4.1 观察和访谈法 ...........9
2.4.2 过程追踪法 .............10
2.4.3 概念方法 11
2.4.4 形式化模型法 .........13
2.4.5 CTA 方法的总结 ......14
2.5 认知任务方法的比较和选择 ........18
2.6 CTA 方法的应用 ..........21
2.6.1 CTA 方法应用于培训领域 ........21
2.6.2 CTA 方法用于人机界面设计 ....22
2.6.3 CTA 方法用于现有系统的改进 22
第 3 章 研究框架 ................24
3.1 初步评价 FBTA 方法 ...24
3.2 根据 FBTA 分析结果设计功能画面样例 .......24
3.3 实验验证功能画面设计的合理性和可用性 ...24
3.4 对 FBTA 方法和功能画面设计方法的改进 ...25
第 4 章 FBTA 方法分析评价 ................26
4.1 FBTA 方法介绍 ............26
4.2 概念方法的特点 ..........30
4.3 FBTA 方法与其他概念方法比较 ...32
4.3.1 AH 方法 ..32
4.3.2 GDTA 方法 ..............35
4.3.3 FBTA 方法和其他第三类 CTA 方法的比较 ................37
第 5 章 功能画面设计 .........39
5.1 核电站数字化主控室概况 ............39
5.2 功能画面设计导则 ......41
5.3 功能画面设计样例 ......42
第 6 章 研究方法 ................46
6.1 实验设计 ....46
6.2 实验任务 ....47
6.3 因变量测量 .49
6.3.1 异常诊断正确率 .....49
6.3.2 异常误诊断率 .........49
6.3.3 情境意识测量 .........49
6.3.4 主观负荷 51
6.3.5 对不同画面的偏好 ..52
6.4 参试者与实验流程 ......52
6.5 实验平台 ....53
第 7 章 结果与讨论 .............60
7.1 异常诊断正确率 ..........60
7.2 异常误诊断率 ..............61
7.3 情境意识水平 ..............63
7.4 主观负荷水平 ..............65
7.5 传统画面和功能画面比较 ............67
7.6 两种画面的主观评价和改进建议 .68
第 8 章 结论和展望 .............71
8.1 研究结论 ....71
8.2 论文的主要贡献 ..........72
8.3 研究的局限及展望 ......73
插图索引 ..............75
表格索引 ..............77
参考文献 ..............78
致 谢 ...83
声 明 ...84
附录 A 外文资料的书面翻译 85
附录 B 情境意识测试问卷 .. 109
附录 C 实验知情同意书 ..... 110
附录 D 实验指导说明书 ..... 111
附录 E 相关名词解释 ......... 112
附录 F 书面测试 113
附录 G 实验中参试者各情境的随机顺序 .............. 114
附录 H 情境中系统异常检测数据汇总 115
附录 I 参试者情境意识测试问卷答对数汇总 ....... 116
附录 J 参试者主观负荷数据汇总 ........ 122
附录 K 数据分析 ................ 123