グループとしての人間の総合的機能の利用技術の研究

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９特集 ● 交通機関におけるオペレーターとしての人間とその問題点／解説

グループとしての人間の総合的機能の利用技術の研究
沼野正義＊
舶用推進プラントの運転や船橋における操船を対象としたマン・マシンインターフェイスの研究の知見をいかして、大規模かつ複雑な原子力プラントの運転における安全性の向上に資するとともに、その成果を船舶の安全性の向上にフィードバックさせることを目的とし、原子力基盤クロスオーバー研究を実施した。プラントの運転における知的作業に起因する誤操作の防止に着目し、人間の認識機能に適合したプラント状態の表示ならびにプラント操作結果のフィードバック、グループでの意思決定および操作の支援技術について有用な知見を得た。

Study of Technology for Using Integrated Functionsof Humans as a Group
Masayoshi NUMANO＊@T he extensive know ledge derived from m an-m achine interface research on the operation of ship propulsion plants and the m aneuvering of pontoon bridges w as used incrossoverresearch into a nuclearpow ergrid.T he purpose ofthe research w as to assist
in im proving operating safety at large,com plex nuclear pow er plants and to use theresults as feedback for im proving safety on ships. T he study focused on preventing
m istakes m ade in perform ing tasks requiring intellectualinputin the operation oftheseplants and produced useful inform ation concerning plant status displays com patible
w ith the hum an process of understanding,feedback from plant operation results andgroup decision m aking,as w ellas operationalsupporttechnology.
子力基盤クロスオーバー研究の一分野である「原子１．はじめに力施設における知的活動の支援方策に関する研究」

船舶の運航は、巨大システムを人間がコントロールする術を、長い時間をかけ経験を積み重ねて作りとして「グループとしての人間の総合的機能の利用技術の研究」を実施した。

上げたものということができる。船舶技術研究所に原子力プラント等の複雑なプラントの運転においおいては、舶用推進プラントの運転や船橋におけるては、プラントの状態を表す多くの情報を運転員に操船を対象としたマン・マシンインタフェースの研与えることが必要である。原子力プラントではヒュ究を続けている。これらの知見をいかして、大規模ーマンエラーを回避するためにさまざまな自動化シかつ複雑な原子力プラントの運転における安全性のステムが取り入れられている。しかし、自動化シス向上に資するとともに、その成果を船舶の安全性のテムが適切な制御を行っている間は運転員に明示的向上にフィードバックさせることを目的として、原にその動作の情報が与えられず、ブラックボックス化しやすくなる。自動化システムの設計基準外の事＊ 国土交通省船舶技術研究所自動化研究室室長

ＣｈｉｅｆｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＳｅｃｔ
ｉｏｎ，ＳｈｉｐＲｅｓｅａｒ
ｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｍｉｎｉｓｔ
ｒｙｏｆＬａｎｄ，
Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔ
原稿受理 ２０００年８月２４日

ＩＡＴＳＳ Ｒｅｖｉｅｗ Ｖｏｌ．
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象が発生した場合には、運転員が的確な対応を取る必要があり、そのためにはプラントの情報を人間の認識機能に適合した形で提供する必要がある。また

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プラントの操作においては、操作結果を運転員に適限られた情報を基にしたリモートコントロールとな切にフィードバックすることにより、誤操作を未然ることである。に防止することが可能である。さらに複数の人間の一般的に、人間の処理能力や相互補完による誤操グループによる判断、意思決定および操作によって、作の防止を考慮して、複数の人間のグループが役割バックアップや協調による誤操作の防止が可能であを分担したチームとして運転に当たっており、チーる。
複数の人間が役割を分担して作業を行う場合、視ムとしての機能を発揮するために適正な役割分担や界に入る相互の動作や明示的な会話による共通認識意思の疎通が重要な課題となる。
これらを解決する運転支援技術の開発を目標とし、が共同作業の前提となっていることが、実務者からの聴き取り調査から明らかになっている。共通認識

人間のプラント理解をFig.1のように論理的理解とを深めるために、個々人の作業に付随したプラント直感的理解が相互に補完するものとしてモデル化しの状態量表示や操作結果のフィードバック等の情報た。この考え方に基づき、通常用いられている論理をグループ内で共有することが有効であると考える。

的な理解に対する支援に加えて、直感的・体感的な本研究では、プラントの運転における知的作業に理解を支援するものとして、情報の全体像を提供す起因する誤操作の防止に着目し、①人間の認識機能るための、プラントの幾何学形状に温度分布等の状に適合したプラント状態の表示、②人間の認識およ態量を重畳させた３Ｄ-ＶＲ表現、現場での運転感覚をび感覚機能に適合したプラント操作結果のフィード与える感覚フィードバック入力、ならびにこれらのバック、③人間の認識機能に適合したプラント状態

情報のグループ内での共有技術について検討を行っの将来予測表示、および④グループでの意思決定おた１，２，６） 。

よび操作支援、についての研究を行った。

３．プラント状態の３Ｄ-ＶＲ表現

２．大規模・複雑系におけるインタフェース技術
大規模かつ複雑なシステムを人間が運転する場合、運転員に、対象プラントの情報を、物理的なイメージとともに提供することは、情報の意味づけにお人間の本来の機能からみて、次の二つの困難さが生ける知的活動を補佐するものとして有効であると考じると考えられる。一つは、システム全体の情報をえる。プラントの幾何学形状にプラントの状態量を一時に取り扱うと膨大な情報量となり、人間の処理重畳させることにより、情報とプラントの直接的な能力を超えてしまうこと。もう一つは、原子力プラ関係を理解することができるため、異常原因の探索ントの場合が典型であるが、直接現場で運転できず、や対処方針の決定のための知的な支援システムを利用する際のエラーの防止に有効である。

運転制御
システム

現場での運転監視Fig.2に従来のインタフェースと３Ｄ-ＶＲ情報表示との併用の概念図を示す。プラントの幾何学的形状に状態量を表面色や流体の流れを模擬したパーティ

模型プラントクルの動きとして重畳し、３Ｄ-ＶＲ空間表示によって論理的モデル化
因果関係、保存則…
＝＞
知識ベース、方程式、マニュアルLAN
Ａ蒸気発生器

Aループ

炉心

Bループ

遠隔運転
支援システムＢ蒸気視覚的（体感的）モデル化
発生器
幾何学的形状、物理現象…
VR表示
＝＞
システム
現場でのプラントの振る舞いとリンクした
状態認識
グループ運転における：意思の疎通、協調操作…

会話を補佐するためのポインター
運転員の注視点

Fig.2 従来のインターフェイスと３Ｄ-ＶＲ表示との併用のイメージ１）

Fig.1 運転における人間のプラント理解２）

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グループとしての人間の総合的機能の利用技術の研究運転員に与える。透過型ヘッドマウントディスプレが可能である。同様に、流体の流れを変化させる操イの採用により、ＶＲ空間表示と従来のコントロー

作においては、流速または流量に応じた振動をレバ

ルパネルやコンソールとを同時に見ることができる

ーに与えることにより、操作結果を運転員にフィーため、これらの併用した運転が可能である。これにドバックすることが可能である。Fig.5にその概念より論理的な理解と直感的な理解を同時に支援する図を示す。
また、重要な操作には大きな反力を与えることにことができる。
透過型ヘッドマウントディスプレイの使用状況をより、誤って重大な操作を行ってしまうことに警告

Fig.3に、３Ｄ-ＶＲ空間表示の主な機能をFig.4に示す。

を与えることができる。これらの機能は、従来の論理的な理解を支援するインタフェースと併用するこ

４．操作におけるフィードバックとにより、相互に補完してプラントのより正しい理直感的な理解を支援するものとして、操作入力に解を支援することが可能である。

対して、音や反力等により感覚にフィードバックを５．グループ内での情報の共有与えることを検討した。バルブや制御棒など、物理的な位置情報がその状態と結びついている場合、レグループ内での意思の疎通を確保して共通認識をバーでこれを制御する際に現在の位置情報をレバー確立するために、先に述べた支援についても、グルからの反力で表現することにより、リモートコントープ内の運転員間で、情報を共有できることが重要

ロールでの応答の遅れを実感することができ、また、 な機能要件となる３，１１） 。
論理的な理解との照合によりヒューマンエラーの防グループ内の複数の運転員が同じ３Ｄ-ＶＲ空間表示止に有効である。ポンプモータの起動・停止の際に、を見るとともに、その中で、相互に他の運転員の注回転数に対応した大きさと高さを持った音を人間に視点を表す３Ｄポインターを表示内に表現すること聞かせることにより操作に対する応答を感じること

は、情報交換が容易になるとともに運転員間の行動の相互チェックにも有効である。
旅客機の操縦席に採用されている操縦桿の機構が操作に対するフィードバックの共有のよい例であると考える。操縦桿の動きが連動することにより、互いに相手の操作を知ることができるとともに、相異なる操作を行った場合の操作結果を適切に設計することにより、誤操作の防止や、協調作業に有効な情Fig.3 透過型ＨＭＤと３Ｄ-ＶＲ表示の使用状況１）
パーティクルによる流れの表現

報の共有が可能となる。
模型プラントを対象として、系統図表示のコント

ＶＲ空間上の状態量
表示例

Mission 1：
レバー操作によるバルブの開閉

音

反力
振動

バルブ開度

感覚フィードバッ
ク入力装置(1)

流量

レバー
操作

ＶＲ空間上のポインターイ
メージ

ＶＲ空間上のトレンド
グラフ表示例

Mission 2：
ノブ操作による循環ポンプの発停音
反力

振動

バルブ開度
流量

感覚フィードバッ
ク入力装置(2)ノブ
操作

Fig.4 ３Ｄ-ＶＲ空間表示の主な機能４）ＩＡＴＳＳ Ｒｅｖｉｅｗ Ｖｏ
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Fig.5 操作入力における感覚フィードバックの例１）

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ロールパネル、ならびに２人用の３Ｄ-ＶＲ空間表示お的に行うための支援のあり方を、人間本来の総合的よび反力フィードバック入力装置を試作し、炉心温な機能を考慮して、検討した。従来の運転支援は人度維持制御のミッションを与えて、３Ｄ-ＶＲ表示にお間の論理的な理解を支援するものが主であったが、ける異常の確認や、レバーへの反力による炉心出力人間の総合的な機能を利用するためには、現場でのの応答遅れの確認を行い、これらの有効性を明らか運転における直感的な理解との相互補完を可能とす

４，５，８）にしたる運転支援が必要である。

。

Fig.6模型プラントとそのコントロールパネルを、人間を取り巻く視覚空間に情報を展開するものとFig.7に３Ｄ-ＶＲ表示例を、Fig.8に２人用の反力フィして３Ｄ-ＶＲ空間表示を提案しその有効性を確認する

ードバック入力装置を使用した運転実験の様子を示とともに、操作に対する直感的な情報の提供としてす。一方がバルブ開度の操作をレバーの指示により操作入力に対して反力、音、振動等のフィードバッ行い、実際のバルブ開度を双方のレバーのニュートクを与える手法について検討し、バルブの開閉やポラル位置にフィードバックする実験において、操作ンプモータの起動・停止の操作に有効であること確した本人がバルブ開度の動作遅れを反力によって確認した。

認でき、直接操作を行っていない人間にも、現在の大規模かつ複雑なプラントの運転には、人間の限開度の情報が直感的に分かることが明らかになり、られた能力を生かすとともに相互のエラーチェック

他方の介入を許す設定を行った場合は、レバーを戻を可能とする、複数の運転員のグループによる運転すことにより、バックアップ動作が可能であることが不可欠である。そのためには、支援情報を共有しがわかった１０） 。て意思の疎通を確保することが重要である。
３Ｄ-ＶＲ
空間表示の共有と表示内での注視点情報を表す３Ｄ

６．おわりにポインタを提案しその有効性を確認した。また、操大規模かつ複雑なプラントの運転を安全かつ効率作入力に対する反力等のフィードバックを共有できる２人用のレバー操作装置を試作し、バルブの開閉等の操作において、相互の操作のチェックや協調操作に対して有効であることを確認した。
人間の総合的機能の利用を考慮するとともに、グループないしはチームでの運転を支援することは、大規模かつ複雑なプラントの運転には不可欠であると考える。Fig.9に示すように、船舶の運航において、支援システムと操船者が音声による会話によって意思の疎通を図るシステムが開発され実機が有効に機能している。このシステムにおいては、支援システムが操船のパートナーとして認識されており、Fig.6 模型プラントとコントロールパネル１１）
定常状態

異常状態

温度上昇
左右バランスがくずれる

循環異常

早期の状態変化、異常の発見、同定が可能

Fig.7 ３Ｄ-ＶＲ空間表示における状態変化の表示１０）

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Fig.8 大画面表示されたコントロールパネルの前での反力フィードバック入力装置を用いた運転実験１１）（６０）

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グループとしての人間の総合的機能の利用技術の研究
水島港離桟直後人間と自動化機械の共同作業が可能であることを示
７）

している

。今後は、各種の自動化システムをそれぞれが役割を分担するグループの一員としてとらえるマルチエージェントシステムの考えを取り入れ、より安全かつ効率的な運転支援システムの実現に向けて研究を進めていくことが求められよう。また、グループでの共同作業そのものを監視、支援する手法についても検討を進め、同様な問題を抱える船舶操船者の運航に適用する予定である。
最後に、本研究は「船舶の運航」の研究から発して、「原子力プラントの運転」に活用し、成果を再船速

７ＯＫ
船速を７．
０ノットに設定。
２分後変針点に到着します。
次の進路は４４度です。
了解ですか。

び「船舶の運航」に還元することを目指して実施したものである。
船橋における航海当直作業を支援する技術の研究

了解
コース ６５開発の中で、レーダーによる他船の動向、電子海図による自船位置等の支援情報の提供、オートパイロットや自動航路保持等の自動制御における、マン・マシンインタフェースの要件を洗い出した。最も基航海支援システム
船速 ７船速を７．
０ノットにします。

ＯＫ

コース ６５
コース６５度に変針します。
船首が左に向きます。
コース６５度に変針。
コース６５．
０度に変針終了しました。

Fig.9 音声会話による航海支援システムを用いた航海の様子７）

本的なものは、見張りの最優先であり、各種の支援情報を船橋から見える航行海域ならびに自船の動き『第７０回船舶技術研究所研究発表会講演集』の直感的な情報とリンクして理解する必要があるこ

１９９７年とである。研究開発に用いた操船シミュレータは大５）丹羽他「運転実験対象としてのプラント模型」

画面表示に船橋からの海域の景観をＣＧＩによって模『第７０回船舶技術研究所研究発表会講演集』

擬するものであり、プラント運転においても大画面

１９９７年

またはＶＲにより運転対象であるプラントの状態を

６）宮崎他「グループとしての人間の総合的機能の直感的に提示することが有効な支援であると考え、利用技術の研究」『第７０回船舶技術研究所研究これを基に研究を進めた。

発表会講演集』１９９７年

ｅｏｆ ｓｐｅｅｃｈ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｓ ａｎ
本研究で得られたプラント運転員への支援技術は、 ７）福戸他：Ｕｓ
今後導入される船舶自動識別装置（ＡＩＳ）等、多様ｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆａｎａｖ
ｉｇａｔｉ
ｏｎｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ

化する運航関連情報の人間への提示手法ならびに多ｃｏａｓｔａｌｓｈｉｐｓ，Ｔｈｅ７ｔ
ｈＩＦＡＣ／ＩＦＩＰ／ＩＦＯＲＳ／

様化する運航形態への対応を検討する際に活用でき

ＩＥＡ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ｏｎ ＡＮＡＬＹＳ
ＩＳ，ＤＥＳＩＧＮＡＮＤ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＡＮ−ＭＡＣＨＩＮＥると考える。

ＳＹＳＴＥＭＳ，１９９８
参考文献８）沼野他：３Ｄ-ＶＲ Ｐ
ｌａｎｔＳｔａｔｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ１）沼野他：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒＰｌａｎｔＳｅｅ- Ｔｈｒｏｕｇｈ - ＴｙｐｅＨｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ ＤｉｓｐｌａｙＯｐｅｒａｔｉｏｎ −Ｍａｔｃｈｉｎｇｔ
ｏＨｕｍａｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｆｏｒ ＨｕｍａｎＩｎｔｅｒ
ｆａｃｅｉｎＰ
ｌａｎｔＣｏｎｔｒｏｌＯｐｅｒａｔｉｏｎ，ＳＭＣ ９８，１９９８

ａｎｄＳｅｎｓｅｓａｎｄＩｔｓＡｐｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎｔｏＧｒ
ｏｕｐＯｐｅｒ-９）沼野他：Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏ
ｆ ＨｕｍａｎＥｒｒｏｒｓｉｎＰ
ｌａｎｔａｔｉｏｎＳｕｐｐｏｒｔ−，ＡＩＲ ＆ＩＨＡＳ ９７，１９９７Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｈｕｍａｎ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ２）沼野他「人間の認識及び感覚に適合した運転支援」『第７０回船舶技術研究所研究発表会講演集』

Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｓ ａｎ Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ａｎｄ Ｃｒｅｗ， ＨＣＩ

１９９７年

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ ９９３）福戸他「グループでのプラント運転のモデル化

１０）丹羽他「現場感覚を運転員に与えるインタフェースの構築」日本原子力学会１９９
９年秋の大会とその支援方策」『第７０回船舶技術研究所研究１１）丹羽他「グループでの運転を支援するプラント発表会講演集』１９９７年
４）田中他「ＶＲ空間表示を利用した運転支援」

ＩＡＴＳＳ Ｒｅｖ
ｉｅｗ Ｖｏｌ．
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情報の共有」日本原子力学会２０００年秋の大会Ｆｅｂ.，
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