Development of a quantitative estimation method for determining optimized automation rate in nuclear power plant원자력 발전소의 자동화 도입 최적화를 위한 정량적 평가방법론 개발

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디지털 기술의 발달로 다양한 산업분야에 자동화가 도입됨에 따라, 전체 시설 혹은 작업 프로세스 중 자동화가 차지하는 비율을 자동화율(automation rate) 이라고 정의하였다. 그러나 현재 이용되는 자동화율 이라는 용어는 인간 운전원 관점에서의 인적 수행도 향상이라는 의미를 내포하지 못하고 있다. 즉, 높은 자동화 율이 인적 수행도 향상을 보장하지 못하고 있다. 그러므로 자동화가 인간 운전원에 미치는 긍정적인 영향만을 고려하여 새로운 자동화율 개념을 제시하고자 한다. 원자력 발전소에 적용되는 자동화는 시스템 자동화와 인지 자동화 두 가지 형태로 구분할 수 있다. 각 자동화 형태가 도입됨에 따라 발생하는 긍정적 영향을 분석하여 이를 각 형태의 자동화율 평가 척도로 이용하였다. 감소하는 업무의 수를 이용하여 시스템 자동화율을 정량화 하였고, 감소하는 인지부하 계산을 통하여 인지 자동화율을 정량화 하였다. 특히 인지부하 계산을 위하여 정보이론 기반의 코난트 모델(conant`s model)을 적용하였다. 또한, 자동화가 인간 운전원에 미치는 부정적인 영향을 정량적으로 평가하기 위하여 인간 운전원에 대한 시스템으로부터의 배제율(ostracism rate)을 제안하였다. 자동화 도입에 있어 가장 큰 문제로 평가되는 Out-of-the-loop (LOOP)을 분석하고 해결하기 위해 많은 연구가 수행되어 왔으나, 대부분의 연구가 정성적인 접근방식을 고수함에 따라 명백한 해결책을 제시하지 못하고 있는 상황이다. 그러므로 자동화 수준에 따라 인간 운전원이 받는 OOTL에 의한 영향을 정량화 할 수 있다면 자동화의 긍정적, 부정적 영향을 모두 고려한 최적화된 자동화 도입율을 제안할 수 있다. OOTL의 발생 메커니즘 분석을 통하여 자동화의 정보 차단에 의한 인간 운전원의 상황인식 저감이 가장 큰 원인임을 밝히고, 자동화 수준에 따른 상황인식의 저감을 정량화 하고자 하였다. 자동화 수준에 따른 인간운전원이 취득 가능한 정보량을 배제율의 평가 척도로 이용하였으며 베이지안 추론(bayesian inference)과 정보이론의 엔트로피 계산법을 적용하였다. 위에서 제안한 자동화율과 배제율 개념을 통합하여 최상의 인적 수행도를 보장하는 자동화율의 최적점을 결정하기 위한 정량적, 정성적 평가방법론 제안하였다. 정성적 최적화 방법론은 전문가의 의견을 기반으로 인간 운전원에 대하여 시스템으로부터 최대 허용가능한 배재 수준(level of ostracism)을 결정하고, 자동화 수준 (level of automation)과 배제수준의 관계를 이용하여 최적화된 자동화 수준을 결정할 수 있게 끔 제안하였다. 이 방법은 전문가가 업무의 특성과 인간 운전원의 기술적, 비기술적 특성을 고려하여 자동화율의 최적점을 조정할 수 있다는 점이 있으나, 그 결과가 주관적이라는 것이 가장 큰 단점이다. 그러므로 이를 보완하기 위하여 정량적 최적화 평가방법론을 제안하였다. 자동화율과 배제율을 동시에 고려하기 위해서는 자동화율과 배제율을 동일한 인적 수행도로 분석하여야 함에 따라, 배제율을 업무시간 감소율로 분석하는 과정이 필요하다. 이를 위하여 상황인식회복(SAR)개념을 도입하여 SAR과정을 위하여 추가적으로 소요된 시간을 분석함으로써 배제율과 업무시간 감소율의 관계를 유도하도록 하였다. 자동화율과 배제율 개념을 이용한 최적의 자동화율을 유도하는 과정은 Loss of Coolant Accident (LOCA) 시나리오를 이용한 사례연구를 통하여 보였으며, 해당 시나리오에 대한 최적화 자동화율을 제안하였다. 본 연구는 자동화의 효과를 정량적인 접근방법으로 분석하고자 하는 최초의 시도로써 큰 의미가 있으며, 또한 자동화 도입에 있어서 여전히 해결되지 못하고 있는 최대 인적 수행도를 보장하는 자동화 도입의 최적점 분석 및 제안을 가능하게 함에 따라 향후 원자력 발전소 및 타 산업분야의 자동화 도입과정에서 매우 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
Advisors
Seong, Poong Hyunresearcher성풍현researcher
Description
한국과학기술원 :원자력및양자공학과,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2015
Identifier
325007
Language
eng
Description

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 원자력및양자공학과, 2015.2 ,[viii, 98 p. :]

Keywords

Level of automation; Out-of-the-loop; Cognitive load; Situation awareness; Nuclear Power Plant; 자동화수준; 인지부하; 상황인식; 원자력발전소

URI
http://hdl.handle.net/10203/206236
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=615650&flag=dissertation
Appears in Collection
NE-Theses_Ph.D.(박사논문)
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