CN105118538A - 一种基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电厂控制室设计技术，具体涉及一种基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法。该方法确定了功能需求划分原则，结合系统的设计，将系统功能从顶至底进行分解，确定系统功能需求的四层层次结构，即系统功能、功能过程、过程元素和性能需求。另外，依据这四层层次结构，结合系统的实际运行情况，分析系统的运行模式，从而更清楚地得到系统在实际运行中的需求。

Description

一种基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法
技术领域
本发明属于核电厂控制室设计技术，具体涉及一种基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法。
背景技术
在核电厂控制室中，操纵员与机器之间需要频繁交互，良好的控制室人机接口设计关系到整个电厂的安全运行。早期人机系统的设计中强调硬件的效率和可用性，需要人通过培训去适应系统。然而由于控制室人机接口设计的缺陷，即使获得完善训练或素质良好的人员仍然会存在犯错误的可能，因此在人机系统设计时不仅要考虑硬件效率和可用性，还需要结合人因工程的思想，保证人和机器的有机结合，充分发挥人和机器各自的优势，从而实现核电厂的安全运行。
功能需求分析作为控制室设计的重要组成部分，是人机接口设计的基础。在常规控制室中，由于盘台区域限制，无法将每个电厂系统的信息均显示出来。而在数字化控制室中，可以将每个电厂系统的详细信息呈现出来，这需要通过详细的系统级的功能需求分析，确定每个系统的功能及功能的实现方式，从而为人机接口设计等其他人因工程要素提供支持。
发明内容
本发明的目的是针对核电厂系统提供一种基于控制室设计的系统功能需求分析方法，结合人因工程的原则，从操纵员的需求出发，对核电厂系统进行全面的分析。
本发明的技术方案如下：一种基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，包括如下步骤：
(1)分析系统功能，根据核电厂系统描述，定义系统功能，确定衡量系统功能完成的定量参数或定性条件；
(2)分析功能过程，将系统功能分解成完成功能所需的更小单元--功能过程，这些功能过程应与系统执行功能保持一致，并包含操纵员在控制室能控制或观察的部件或参数；
(3)分析过程元素，分析确定组成功能过程的所有元素，每一个过程元素包括其所属功能过程的所有部件，根据运行需求确定不同过程元素，这些过程元素的部件状态的组合不同；
(4)确定性能需求，所述性能需求是每个过程元素下具体部件的状态组合，这些部件需在控制室中显示供操纵员使用；
(5)分析系统运行模式，系统功能在不同的运行情况下具有不同的状态，包含系统部件的不同状态组合，这些组合为系统的运行模式，它是不同过程元素的组合，一个特定的运行模式只能包含功能过程下的一种过程元素；
(6)分析运行模式转换，根据运行需求，分析不同运行情况下运行模式之间的转换，确定各部件在不同模式下状态的转换；
(7)确定联合运行模式，分析系统的运行情况，若系统存在同时执行多个运行模式的情况时，即当两个或更多系统环路或系列同时以不同模式组合，或当系统能够同时执行多个不同功能或同一功能的多个模式时，为联合运行模式。
进一步，如上所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，步骤(1)中，对每一个系统功能给出功能代码，并标识该功能是否为安全相关的。
进一步，如上所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，步骤(2)中，分析的功能过程必须是完成功能所需的，功能过程是基本的、不可再分的，功能过程与功能过程之间是相互独立的，一个或多个功能过程可以被多个功能同时调用，每个功能过程标识唯一的代码。
进一步，如上所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，步骤(3)中，分析的过程元素仅考虑那些与功能过程相关的元素，并且考虑完成功能过程的所有可能的选择。
进一步，如上所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，步骤(4)中，考虑所有在控制室有状态显示的部件，分析执行所属过程元素的部件状态，详细描述每个部件。
进一步，如上所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，步骤(5)中，确定每一个功能的所有运行模式，对每一个运行模式给出唯一代码，在定义每个运行模式时，分析该运行模式下所有的部件及其状态。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法确定了功能需求划分原则，结合系统的设计，将系统功能从顶至底进行分解，确定系统功能需求的四层层次结构，即系统功能、功能过程、过程元素和性能需求。另外，依据这四层层次结构，结合系统的实际运行情况，分析系统的运行模式，从而更清楚地得到系统在实际运行中的需求。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为具体实施例中水罐充水系统的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明所提供的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，建立系统功能需求的四层层次结构，并进行系统运行模式分析，如图1所示，包括如下步骤：
(1)分析系统功能，根据核电厂系统描述，定义系统功能，确定衡量系统功能完成的定量参数(如压力、流量、水位、温度)或定性条件(系统或部件状态)；
(2)分析功能过程，将系统功能分解成完成功能所需的更小单元--功能过程，这些功能过程应与系统执行功能保持一致，并包含操纵员在控制室能控制或观察的部件或参数；
(3)分析过程元素，分析确定组成功能过程的所有元素，每一个过程元素包括其所属功能过程的所有部件，根据运行需求确定不同过程元素，这些过程元素的部件状态的组合不同；
(4)确定性能需求，所述性能需求是每个过程元素下具体部件的状态组合，这些部件需在控制室中显示供操纵员使用；
(5)分析系统运行模式，系统功能在不同的运行情况下具有不同的状态，包含系统部件的不同状态组合，这些组合为系统的运行模式，它是不同过程元素的组合，一个特定的运行模式只能包含功能过程下的一种过程元素；
(6)分析运行模式转换，根据运行需求，分析不同运行情况下运行模式之间的转换，确定各部件在不同模式下状态的转换；
(7)确定联合运行模式，分析系统的运行情况，若系统存在同时执行多个运行模式的情况时，即当两个或更多系统环路或系列同时以不同模式组合，或当系统能够同时执行多个不同功能或同一功能的多个模式时，为联合运行模式。
上述分析方法可直接用于指导系统级功能需求分析活动，下面以水罐充水系统为例，描述本发明的分析过程。该系统功能是将小水池和大水池中的水通过002PO充入水罐001BA中，如图2所示，具体分析过程如下：
1)分析系统功能
根据电厂系统的说明，将系统分解为不同的系统功能，对每一个系统功能给出功能代码(如，F01、F02等)，并确定完成系统功能所需的定量参数和定性条件。同时标识该功能是否为安全相关的。
据此，分析可得示例系统的系统功能为：
F01：向001BA充水。
2)分析功能过程
根据定义的系统功能，将每个系统功能分解成更小的单元，即功能过程。这些功能过程应与系统执行的功能保持一致。在划分功能过程、确定功能过程边界时，使用系统相关资料确定功能过程的部件和参数，分析时遵循以下原则：
-功能过程必须是完成功能所需的；
-选择的功能过程是尽可能基本的、不可再分的；
-功能过程与功能过程是相互独立的；
-一个或多个功能过程可以被多个功能同时调用(如，可用性和系统运行功能)；
-每个功能过程应标识唯一的代码(如，P01、P02等)。
根据以上原则分析得，以002PO为界，示例系统有两个功能过程，具体如下表1所示。
表1系统过程，部件和参数识别
3)分析过程元素
分析每个功能过程中部件不同状态的组合，结合运行需求，确定每个功能过程下所有的过程元素。分析时遵循以下原则：
-过程元素仅考虑那些与过程相关的元素。对每一个过程元素，包括相关功能过程的所有部件，但属于不同的组合；
-考虑完成功能过程的所有可能的选择。
根据这些原则，针对不同的方式，将示例系统分为三个过程元素：
PE1-1：从小水池吸水；
PE1-2：从大水池吸水；
PE2-1：向水罐充水。
4)确定性能需求
同一功能过程的过程元素是通过该功能过程下所有部件不同状态组合确定的。在性能需求分析中，确定每个过程元素下各部件的状态。分析中遵循以下原则：
-考虑所有在控制室有状态显示的部件；
-分析执行所属过程元素的部件状态；
-详细描述每个部件。
示例系统中，不同过程元素下的部件状态如下：
PE1-1从小水池吸水：001VD开，002VD关；
PE1-2从大水池吸水；001VD关，002VD开；
PE2-1向水罐充水：002PO运行。
5)分析系统运行模式
确定每一个功能的所有运行模式，对每一个运行模式给出唯一代码(如，OM01、OM02等)。在定义每个运行模式时，分析该运行模式下所有的部件及其状态。
示例系统中，分析得到两个运行模式，即：
OM01：由小水池向水罐充水；
OM02：由大水池向水罐充水。
不同运行模式下部件及其状态如下表2所示。
表2:系统运行模式定义
6)分析运行模式转换
结合运行情况，确定不同运行模式间是否存在转换的情况。在分析时，确定模式转换过程中部件状态的变化。
此系统中存在两种模式转换，即OM01-OM02和OM02-OM01，具体参见表3。
表3:系统运行模式转换定义
7)确定联合运行模式
结合运行情况，分析多个运行模式同时存在的情况。
示例系统中，两个运行模式没有同时存在的情况，因此没有联合运行模式。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，包括如下步骤：
(1)分析系统功能，根据核电厂系统描述，定义系统功能，确定衡量系统功能完成的定量参数或定性条件；
(2)分析功能过程，将系统功能分解成完成功能所需的更小单元--功能过程，这些功能过程应与系统执行功能保持一致，并包含操纵员在控制室能控制或观察的部件或参数；
(3)分析过程元素，分析确定组成功能过程的所有元素，每一个过程元素包括其所属功能过程的所有部件，根据运行需求确定不同过程元素，这些过程元素的部件状态的组合不同；
(4)确定性能需求，所述性能需求是每个过程元素下具体部件的状态组合，这些部件需在控制室中显示供操纵员使用；
(5)分析系统运行模式，系统功能在不同的运行情况下具有不同的状态，包含系统部件的不同状态组合，这些组合为系统的运行模式，它是不同过程元素的组合，一个特定的运行模式只能包含功能过程下的一种过程元素；
(6)分析运行模式转换，根据运行需求，分析不同运行情况下运行模式之间的转换，确定各部件在不同模式下状态的转换；
(7)确定联合运行模式，分析系统的运行情况，若系统存在同时执行多个运行模式的情况时，即当两个或更多系统环路或系列同时以不同模式组合，或当系统能够同时执行多个不同功能或同一功能的多个模式时，为联合运行模式。
2.如权利要求1所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，其特征在于：步骤(1)中，对每一个系统功能给出功能代码，并标识该功能是否为安全相关的。
3.如权利要求1所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，其特征在于：步骤(2)中，分析的功能过程必须是完成功能所需的，功能过程是基本的、不可再分的，功能过程与功能过程之间是相互独立的，一个或多个功能过程可以被多个功能同时调用，每个功能过程标识唯一的代码。
4.如权利要求1所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，其特征在于：步骤(3)中，分析的过程元素仅考虑那些与功能过程相关的元素，并且考虑完成功能过程的所有可能的选择。
5.如权利要求1所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，其特征在于：步骤(4)中，考虑所有在控制室有状态显示的部件，分析执行所属过程元素的部件状态，详细描述每个部件。
6.如权利要求1所述的基于核电厂控制室设计的系统功能需求分析方法，其特征在于：步骤(5)中，确定每一个功能的所有运行模式，对每一个运行模式给出唯一代码，在定义每个运行模式时，分析该运行模式下所有的部件及其状态。
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