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ISSN : 1229-6783(Print)
ISSN : 2288-1484(Online)
Journal of the Korea Safety Management & Science Vol.24 No.1 pp.61-71
DOI : http://dx.doi.org/10.12812/ksms.2022.24.1.061

Conceptual Design of Information Displays Supporting Severe Accident Management in Nuclear Power Plants Based on Ecological Interface Design (EID) Framework

Piljae Cho*, Dong-Han Ham*, Hyunchul Lee**
*Dept. of Industrial Engineering, Chonnam National University
**I&C and Human Factor Research, Korea Atomic Energy Research Institute
†이 논문은 2020년도 정부(과학기술정보통신부, 교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호: NRF-2020M2A8A4023963)(과제번호: NRF-2020R1I1A3069000).
†Corresponding Author : Dong-Han Ham, Industrial Engineering, Chonnam National Univ., 77 Yongbong-Ro, Buk-Gu, Gwangju, E-mail: donghan.ham@gmail.com
February 23, 2022 March 10, 2022 March 10, 2022

Abstract

This study aims to propose a conceptual design of information displays for supporting responsive actions under severe accidents in Nuclear Power Plants (NPPs). Severe accidents in NPPs can be defined as accident conditions that are more severe than a design basis accident and involving significant core degradation. Since the Fukushima accident in 2011, the management of severe accidents is increasing important in nuclear industry. Dealing with severe accidents involves several cognitively complex activities, such as situation assessment; accordingly, it is significant to provide human operators with appropriate knowledge support in their cognitive activities. Currently, severe accident management guidelines (SAMG) have been developed for this purpose. However, it is also inevitable to develop information displays for supporting the management of severe accidents, with which human operators can monitor, control, and diagnose the states of NPPs under severe accident situations. It has been reported that Ecological Interface Design (EID) framework can be a viable approach for developing information displays used in complex socio-technical systems such as NPPs. Considering the design principles underlying the EID, we can say that EID-based information displays can be useful for dealing with severe accidents effectively. This study developed a conceptual design of information displays to be used in severe accidents, following the stipulated design process and principles of the EID framework. We particularly attempted to develop a conceptual design to make visible the principle knowledge to be used for coping with dynamically changing situations of NPPs under severe accidents.
Severe Accidents, Severe Accident Management Guideline, Ecological Interface Design, Work Domain Analysis, Abstraction Hierarchy

생태학적 인터페이스 디자인 프레임워크에 기반한 원전 중대사고 지원 정보디스플레이 개념설계

조필재*, 함동한*, 이현철**
*전남대학교 산업공학과
**한국원자력연구원 지능형사고대응연구부

초록

1. 서론

 복잡한 사회-기술적 시스템은 시스템 특성상 여러 요소의 복합적 상호작용으로 발생할 안전사고의 가능성이 상존한다. 대표적 사회-기술적 시스템 중 하나인 원자력발전소(원전)에서도 여러 내외부적 요인으로 인해 예기치 못하게 설계기준을 초과하며 원자로 노심손상을 초래할 중대사고가 발생할 가능성이 있다[6]. 이러한 이유로 원자력발전소는 대표적인 중대사고 상황에 대응하기 위한 전략을 중대사고지침서의 형태로 만들어 활용하고 있다[19]. 하지만 실제로 중대사고가 발생했을 때 예상치 못한 시스템 상태가 나타나면 지침서만으로는 대응하는 데 한계가 있다[6]. 그래서 원자력발전소 중대사고 발생시 효과적인 완화조치 수행을 위해 필요한 정보를 제공할 디스플레이가 필요한 실정이다.
 원자력발전소와 같은 복잡한 시스템을 위한 정보디스플레이의 설계는 일반적인 사용자 인터페이스와는 다른 접근법이 필요하다[1]. Ecological Interface Design(EID: 생태학적 인터페이스 설계)는 복잡한 시스템의 제어 및 상태 진단, 문제 탐지를 위한 정보디스플레이를 설계하는 데 유용한 이론적 배경과 개념을 제공한다고 알려져 있다[1]. 본 연구에서는 중대사고 대응에 활용될 수 있는 정보디스플레이의 개념설계안을 EID 프레임워크를 활용해 제안한다.
 

2. 이론적 배경

2.1 원자력발전소에서의 중대사고 관리

중대사고란 설계기준 초과 사고로 노심이 용융되는 현저한 손상을 초래하는 사고이다[8, 14, 15]. 원전은 기본적으로 노심이 있는 원자로에 냉각수를 채워 핵분열 시 생성되는 붕괴열을 제어해야 한다. 만약 발전소 내/외부의 다양한 원인에 의해 냉각수가 소실돼 노심이 드러나게 되어 열을 제어할 수가 없게 되면 높은 열에 의해 노심이 녹기 시작(용융)하는데, 이것이 중대사고의 시작점이다[15]. 예를 들어, 미국의 스리마일 원전사고와 체르노빌 원전 사고, 후쿠시마 원전 사고가 잘 알려진 중대사고이다.
 이러한 중대사고 상황에서 발전소를 제어하고 안정된 상태로 만들려는 조치를 수행하기 위해 개발된 지침서가 중대사고관리지침서(SAMG: Severe Accident Management Guideline)다[20]. 일반적으로 SAMG는 “중대사고가 발생하면 노심의 손상으로 인한 사고의 진행을 완화하고 발전소를 안정된 상태로 복구하기 위해 작동 되어야 하는 기기 및 계통에 대하여, 운전원 및 비상대응팀이 취해야 할 조치를 기술한 지침서”라고 정의된다[15]. SAMG는 중대사고 상황에서 취할 수 있는 7가지로 구분된 완화 전략을 제공한다. 운전원은 발전소의 상태를 확인하여 지침서에 명시된 전략을 수행할지 결정하고, 적절한 수단을 찾아 수행하는 방식으로 SAMG를 운용한다[20].
 

2.2 EID (생태학적 인터페이스 설계)

 정보기술이 발전해갈수록 우리 주변의 시스템들은 여러 기술적 요소와 더불어 비기술적(인적/사회적/문화적) 요소가 다양하게 상호작용하는 복잡한 사회-기술적 시스템적 특징을 지닌다. 그러한 시스템의 특징은 여러 요소간 복잡한 기능적 상호작용으로 인해 사고가 발생하며 때로는 예기치 못한 상황이 발생한다는 점이다[13]. 이러한 상황에서 시스템 상태를 파악하고 문제를 정의하며 적절한 조치를 수행하는 것은 인지적으로 복잡도가 높은 작업이다 [1]. 이러한 작업의 정보지원을 위해 효과적으로 활용될 수 있는 것이 정보디스플레이다[3, 16]. 그러나 기존의 사용자 인터페이스 분야에서 연구된 설계 방법은 상호작용해야 하는 복잡한 시스템의 설계지식을 제대로 다루지 못해 원전과 같은 시스템에는 적합하지 않다고 할 수 있다[1].
 복잡한 사회-기술적 시스템은 사용자가 시스템(작업영역)의 설계 원리를 전부 이해하기 어렵고 높은 전문성이 필요하므로 정보디스플레이에 작업영역(Work Domain) 의 정보를 효과적으로 묘사할 필요가 있다. 그러나 기존의 설계 방법은 이런 점을 제대로 다루고 있지 못하다. 이러한 배경하에 복잡한 시스템의 정보디스플레이 설계를 위한 설계 원칙 및 개념을 제공하는 설계 방법론으로 EID가 제안되었고 여러 작업영역에서 활용되어 왔다[1, 6]. EID의 기반이 되는 생태심리학적 접근법은 시스템 내에서의 인간의 작업은 작업영역의 설계지식에 근거한 작업영역의 제약조건에 의해 제약을 받으므로 인간 작업 지원을 위해 작업영역 분석이 중요함을 강조한다[1]. EID에서는 작업영역의 제한요소를 효과적으로 시각화하는 것을 목표로 하며, 그러한 정보디스플레이가 예상치 못한 상황 혹은 복잡도가 높은 상황에서 좋은 수행도를 낼 수 있음이 입증되었다[2, 3]. 따라서 원자력발전소의 중대사고 상황에서 사용될 인터페이스를 설계하는 데 EID 프레임워크가 적합하다고 판단해 이를 본 연구에 적용하였다.
 

2.3 추상화계층을 활용한 작업영역분석

 정보디스플레이의 주요 두 개의 설계 문제는 정보내용 의 구성 및 그 내용의 시각화이다. 디스플레이에 포함될 정보내용은 작업영역 분석 결과로부터 나오게 된다. EID 는 작업영역의 분석을 위해 추상화계층(AH: Abstraction Hierarchy)을 활용할 것을 강조한다[17, 19]. 추상화계층은 작업영역의 설계지식을 다단계의 형태로 표현하며 여러 수준 간의 목표-수단 관계를 보여주는 지식표현 프레임워크이다[3, 12]. 추상화계층은 작업영역을 구성하는 기능적 요소들을 여러 추상화 수준에 따라 표현하여 그 요소간 목표-수단 관계를 표현한다.
 추상화계층은 일반적으로 기능적 목표(FP: Functional Purpose), 추상적 기능(AF: Abstract Function), 일반적 기능(GF: Generalized Function), 물리적 기능(PF: Physical Function), 물리적 형태(P: Physical Form)의 다섯 추상화수준으로 구분된다[18]. 그 요소가 물리적 특성과 가까울수록, 추상화 수준이 낮으며 작업영역의 기능적 목표에 가까운 요소일수록 추상화 수준이 높다[3, 10]. 추상화계층의 인접한 수준 사이에는 목표-수단 관계가 존재하며 상위 수준의 기능이 하위 수준의 목표, 반대로 하위 수준의 기능이 상위 수준의 목표 달성을 위한 수단으로써 묘사된다[9]. 이러한 특성은 인터페이스 설계에 있어 사용자가 원하는 조치를 수행하기 위한 수단 파악을 용이하게 한다. 따라서 본 연구에서는 운전원의 인지적 활동을 지원하는 효과적인 정보디스플레이를 설계하기 위해 이러한 특성을 설계요소로써 구현하였다.
 

3. 연구 방법

3.1 분석을 위한 작업영역 설정

 작업영역은 특정한 작업자나 자동화, 사건, 과업, 목표 혹은 인터페이스에 종속되지 않으면서 제어의 대상이 되는 시스템을 의미한다[5, 18]. 작업영역의 합리적인 규정 및 이에 대한 충분한 이해가 더 좋은 분석이나 설계 결과물을 만들어 내는 데 도움이 된다[18], 따라서 본 연구에서도 우선적으로 분석의 대상이 되는 작업영역을 설정하였다.
 중대사고 상황은 흔히 있는 일이 아니므로 해당 상황에서 원자력발전소가 어떤 거동을 보이는지 정확히 알기 힘들다. 노심이 용융하는 상황에서는 정상적으로 가동 중인 원자력발전소와는 다른 목적의 기능이 활용되고 시스템의 변화가 다르게 나타날 가능성이 크다. 따라서 평상시의 원자력발전소를 그대로 작업영역으로 삼아 분석하는 것이 의미가 있다고 보기 어렵다. 대신 정상적인 운용이 불가능한 상황에서 완화 조치를 위해 활용할 수 있는 기능들이 본 연구에서의 시스템의 범위에 들어가는 것이 적절하다. 따라서, 본 연구에서는 작업영역을 중대사고 상황 시 완화조치를 수행하기 위한 기능들이 모인 가상의 시스템으로 하였다.
 

3.2 설계 과정

본 연구의 절차는 먼저 설정한 작업영역에 대한 작업영 역분석을 수행하였고, 분석 결과 도출된 모델을 기반으로 정보디스플레이에서 제공될 정보요건을 도출하였다. 그런 다음 도출된 정보요건과 작업영역모델을 활용하여 도출된 정보요건이 정보디스플레이에서 시각화되는 방안을 반영 한 설계전략을 구상하여 정보시각화전략으로 정리하였다. 마지막으로 정보시각화전략에서 제안한 디스플레이 형태 와 도출된 정보요건의 특성을 이용하여, EID 개념에 따라 정보디스플레이 개념설계를 수행하였다. 설계 과정에서 주기적으로 정보디스플레이 설계 전문가로부터 필요한 자 문을 구해 진행하였다. 또한 보다 정확한 원전의 설계지식 을 갖기 위해 원자력 분야 전문가의 도움을 받았고 올바른 용어 및 개념을 사용하려 노력하였다. 각 단계는 모두 반 복적으로 토의 및 피드백을 통해 꾸준히 개선하였다. [Figure 1]은 상기한 연구 절차를 도식화한 것이다.
 
 

4. 연구 결과

4.1 작업영역모형

 작업영역분석은 사전에 수집한 자료와 문헌에 기초하여 이루어졌다. 추상화계층의 기본적인 원칙을 따르면서 작업영역을 분석하고 모형을 개발하였다. 개발된 모형은 [Figure 2]에 나타나 있다.
 
 
 작업영역을 구성하는 기능들의 추상화 수준의 일관성을 유지하고 기능 간 연관성의 의미를 보다 설득력 있게 표현하기 위해 작업영역을 두 개의 시스템으로 분리해 분석하였다. 분석 초기에 한 시스템에 두 가지 기능이 존재하였는데, 작업영역을 관리하는 데 필요한 기능과 이러한 기능을 활용할 수 있게 자원을 제공해주는 기능이었다. 이때 자원 제공 기능은 관리 기능의 수단으로써 활용될 수 있는데, 그렇게 되면 한 시스템 안에 서로 목적-수단 관계가 있는 기능들을 같은 추상화 수준 안에 도출해야 하는 모순이 생길 수 있다. 이 모순을 해소하기 위해 작업영역을 발전소의 안정화를 위한 기능을 가진 관리 시스템(시스템 1)과 안정화를 위해 필요한 자원을 제공해주는 지원 시스템(시스템 2)으로 구분하였다. 그 결과 작업영역을 관리 시스템에 지원 시스템이 필요한 자원을 제공해주는 방식으로 작동한다고 좀 더 수월하게 설명할 수 있다.
 먼저 시스템 1의 기능적 목표는 발전소에서 만들어지는 방사성 물질로 인한 피해를 최소화(FP-1)하는 것이다. 기능적 목표 달성 수단 및 달성 척도로써 도출한 두 개의 추상적 기능은 방사성 물질이 내부에서 생성되는 것을 억제하는 것(AF-1)과 그것이 외부로 유출되지 않도록 하는 것(AF-2)이다. 그리고 FP-1을 달성하고 AF-1과 AF-2를 위한 수단으로서 기능할 수 있는 일반적 기능은 발전소의 주요 관리 대상인 온도(GF-1), 압력(GF-2), 수소(GF-3), 방출 경로(GF-4)를 제어하는 것으로 분석하였다.
 시스템 2는 시스템 1의 원활한 기능 수행을 지원하는 시스템으로 기능적 목표를 원자력발전소를 안정화하는 데 필요한 자원을 제공하는 것(FP-2)으로 도출하였다. 이 목표의 수단이면서 이 목표가 달성됨을 알 수 있는 척도로써 발전소 안정화에 필수 자원인 물(AF-3)과 전기 (AF-4)의 공급 흐름을 안정적으로 유지하는 것으로 도출하였다. 마지막으로 시스템 2의 GF 수준 기능은 물과 전기의 공급 흐름 유지를 위해 수원(GF-5)과 전원(GF-6)을 관리하는 기능으로 도출하였다.
 앞서 수립한 6개의 GF 수준 기능을 위한 수단으로써 펌프, 냉각팬, 밸브 등 원전에 실제로 사용되는 안전계통 장비의 운용을 모두 PF 수준 기능으로 도출되었다. 이 기능들은 시스템 1, 2와 관계없이 목적이 되는 GF 수준 기능들과 연결된다. 추상화계층에서 강조하는 구조적 목표 -수단 관점에서 PF 수준 기능을 표현하기 위해 기능의 이름을 명사형(예: 원자로냉각재펌프, 안전감압계통 등)으로 표현하였다. 추가로 PF 수준의 기능을 위한 수단을 도출하는 것은 의미가 크지 않다고 보았기 때문에, 본 연 구에서 작업영역모델은 최종적으로 PF 수준까지 작업영역을 묘사한다. 도출된 PF 수준 기능 중 일부는 <Table 1>에 정리되어 있다.
 
 

4.2 정보요건

 작업영역모델에 표현된 기능에 기반하여 정보디스플레이에서 표현될 정보요건을 도출하였다. 정보요건 도출을 위해 SAMG와 원전에서 발행한 계통설명서 등을 참고하였다. 구체적으로 작업영역모델의 가장 높은 수준부터 차례대로 각 기능을 수행할 때 필요한 정보요건을 파악하였다.
 그리고 이후 단계에서의 정보시각화에 유용한 정보로 활용하기 위해 정보요건이 나타내는 데이터의 특성을 다음과 같이 6가지로 나누어 정리하였다.
  ▪ Type: 이 특성은 정보요건의 변수 유형을 나타낸다. 정보요건이 나타내는 데이터가 원자력발전소의 단일 혹은 여러 변수를 나타내는지, 제약조건이 있거나 여러 수준의 정보가 모인 변수인지, 기능의 작동 가능성을 보여주는지를 고려하여 분류하였다.
  ▪ Source: 이 특성은 정보요건이 작업영역모델에서 어떤 기능을 위한 것인지 파악한 것이다. 이 연구에서는 한 가지 기능만을 위한 정보요건이 많으나, 일부는 여러 기능에 필요하기도 하다. 우리는 이를 구분하여 정보디스플레이의 개념모델 설계 시 구성요소의 배치와 그룹화 등 에 도움이 되도록 하였다.
  ▪ Scale: 정보요건이 나타내는 데이터의 척도를 정의하는 항목이다. 일반적으로 정보학에서는 Ratio, Nominal, Absolute, Ordinal, Interval의 5가지 형태를 구분한다. 차후 이 항목과 인지시스템공학의 디자인 원칙을 고려하여 사용자에게 유용한 정보요건의 시각화 형태를 결정할 수 있다.
  ▪ Measurable?: 이 특성은 정보요건이 나타내는 데이터가 센서와 같은 측정 장비로 계측할 수 있는지를 의미한다. 그 데이터가 측정할 수 있다면 디지털 값을 보여줄 수 있고, 그렇지 않으면 현재 어떤 상태인지 이미지 등으로 보여줄 수 있다.
  ▪ Range: 정보요건의 수치적 범위 또는 한계를 의미한다. 수치적 범위는 정보요건이 나타내는 데이터가 하한선과 상한선 내에서만 값을 가질 수 있는 것을 의미한다. 한계는 정보요건의 정상과 비정상 상태를 구분할 수 있는 기준이 된다. 이러한 특성은 정보요건을 시각화할 때 한계선 또는 범위 지시선을 포함할지 결정하는 데 쓰인다.
  ▪ Unit: 수치적 정보요건의 단위를 의미한다. 정보요건을 시각화할 때 디지털 값과 함께 제공되어 사용자가 어떤 종류의 데이터(예: 온도, 압력 등)인지 쉽게 알 수 있도록 한다.
 이러한 방식으로 작업영역모델의 AF 수준 기능에서 9개, GF 수준 기능에서 53개, PF 수준 기능에서 85개의 정보요건을 도출하였다. <Table 2>는 그 중 일부를 보여준다.
 
 
 

4.3 정보디스플레이 설계 전략

4.3.1 정보구조

 EID 설계 원리에 기반하여 도출한 정보요건을 효과적 으로 정보디스플레이에 표현하기 위해 정보구조를 설계하였다. 정보구조에는 페이지를 어떻게 구성할지, 페이지마다 어떤 정보요건과 설계요소를 배치할지에 대한 내용이 반영된다. 구체적으로는 정보디스플레이의 페이지는 모두 다섯 개의 화면(Page-1~5)으로 구성하였다. Page-1(Main Page)은 초기화면이고, Page-2부터 Page-5는 GF-1부터 GF-4까지에 해당하는 GF Page이다. 각 화면에는 앞서 정보디스플레이에 들어가야 할 내용으로 언급했던 작업영역모형의 기능, 그리고 목표-수단 관계(기능 간 연결성)에 대한 정보요건이 배치된다. 그리고 시각화 측면에서 보았을 때 모든 정보요건을 일관되지 않고 단순히 표현하기만 하는 것은 사용자의 정보 습득을 방해하고 수행도에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 그러한 부분을 고려하여, 일관된 원칙을 가지고 정보요건 사이의 관계성을 따르며 정보요건을 시각적으로 구현하였다.
 초기화면의 역할을 하는 Main Page는 시스템 전체의 상황을 살피고 시스템의 궁극적인 목표에 방해되는 문제를 파악할 수 있도록 지원하는 정보를 제공한다. 작업영역 모형에서 관리 시스템과 지원 시스템의 상위추상화 수준으로 여겨지는 FP, AF 수준의 기능 관련 정보와 원자력발전소 전체 동향을 제공한다. 원자력발전소 현장에서 운용 시 항상 확인하는 주요 변수와 중대사고 상황 시 항상 감시해야 하는 변수들도 Main Page에서 제공한다. 이 정보는 비교적 낮은 GF 수준의 기능에 대한 정보이지만 사용자에게 중요도가 높은 정보이므로 Main Page에서 제공하는 것이 적절하다. 또한, FP와 AF 수준, AF와 GF 수준 사이의 목적-수단 관계를 사용자 지원 기능을 추가하여 구현하였다.
 Page-2부터 5까지는 각각 GF-1 ‘온도 관리’(Page-2), GF-2 ‘압력 관리’(Page-3), GF-3 ‘수소 관리’(Page-4), GF-4 ‘방출 경로 관리’(Page-5)의 기능 관련 정보를 담은 GF Page이다. GF Page는 사용자가 설비 상태를 확인하고 적절한 조처를 할 수 있도록 페이지에 해당하는 GF 수준 기능 및 그것과 관련된 하위 PF 수준 기능의 정보를 모두 지원한다. 동일 화면 내에서 같은 종류(예: 온도, 압력 등)의 변수를 가진 정보요건끼리 묶거나, 서로 관계(예: 수원-유로-펌프의 물리적 관계 등)가 있는 정보요건을 한번에 구현하였다. 작업영역모형의 다른 GF 수준 기능들(지원 시스템의 GF-5 ‘수원 관리’와 GF-6 ‘전원 관리’)은 모든 GF Page에 포함된다. 관리 시스템의 GF 수준 기능을 수행할 때 지원 시스템의 자원 제공 기능이 항상 필요하기 때문이다. 그러므로 이 기능들에 대한 정보를 모든 GF Page에 포함하여 설비 관리 시 이용 가능한 자원들의 정보를 항상 확인할 수 있도록 한다.
 
 

 

4.3.2 정보요건 시각화 방안

 도출된 정보요건을 적절하게 시각화하는 것은 정보디스플레이의 사용성 측면에서 중요하다. 적절한 시각화는 정보를 효과적이고 인지하기 쉽게 전달하여 중대사고 상황에서 사용자의 수행도 향상에 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서는 EID 프레임워크에서 권고하는 디스플레이 형태 및 일반적으로 널리 사용되는 설계 예시를 참고하여 정보요건의 시각화 방안을 수립하였다. 시각화 방안은 정보요건마다 어울리는 디스플레이 형태를 제안하고, 시각화 시 활용 가능한 특성을 파악하여 설계자에게 제공한다. 이때 디스플레이 형태에는 우선순위를 부여한 두 가지의 형태를 제안하여 보다 유연하게 형태를 선택하여 활용할 수 있도록 하였다.
 시각화 방안에서 고려한 디스플레이 형태는 다음과 같다.
  ▪ Iconic Form
  ▪ Symbolic Display
  ▪ Continuous Text Display
  ▪ Bar Graph (Bar Chart)
  ▪ Meter Graph (Meter Chart)
  ▪ Trend Chart
  ▪ Summing Bar Graph
  ▪ Summing Trend Chart
  ▪ Digital 정보 포함 여부
  ▪ 제약조건/한곗값 포함 여부
  ▪ Trend 정보 포함 여부
 이러한 방식으로 도출된 모든 정보요건을 바탕으로 <Figure 3>과 같이 정보요건 시각화 방안을 수립하였다.
 
 

4.4 정보디스플레이 개념설계안

 정보디스플레이 개념설계안은 모든 화면에서 작업영역 모형의 모든 기능에 대한 정보와 기능 사이의 연결성을 바탕으로 정보구조를 포함한 정보디스플레이 설계전략을 따라 시각화하여 개발하였다. 여기서 모든 기능에 대한 정보는 페이지마다 정보요건을 일관된 원칙에 따라 배치하여 사용자에게 전달한다. 기능 사이의 연결성은 이에 더해 페이지에 사용자 지원 기능을 추가해 전달하며 사용자의 원활한 조치수행을 돕는 중요한 역할을 한다. 본 논문에서는 이러한 설계요소를 5개의 페이지 중 Main Page와 GF-1 페이지만 가지고 예시와 함께 설명한다.
 

4.4.1 Main Page (Page-1)

 [Figure 3]의 Main Page는 FP와 AF 수준의 기능 및 GF-1, 2, 3, 4의 정보와 발전소의 주요 상태변수, 중대위 협변수들을 보여준다. 큰 틀에서 화면을 네 부분으로 나누어 각각 기능과 정보요건에 맞는 시각화 요소를 배치하였다. 먼저 왼쪽 상단에는 FP-1 “방사성 물질 피해 최소화” 와 AF-1 “방사성 물질 생성 억제”, AF-2 “방사성 물질 외부 유출 방지”의 정보요건 및 상/하위 수준 사이의 연결성을 보여준다. 내/외부로 나누어진 정보요건을 외부가 내부를 감싸는 형태로 구현하여 사용자가 그 의미를 이해하기 쉽게 하였다. FP-1과의 연결성은 둘 다 만족해야 FP-1이 달성될 수 있다는 의미를 담아 구현하였다.
 오른쪽 상단에는 GF 수준 기능별 페이지로 이동할 수 있는 GF 수준 기능 버튼과 발전소 주요 상태변수, 중대위협변수가 위치한다. 이 변수들은 각자 의미하는 바에 따라 온도는 빨간색, 수위는 파란색 등으로 색을 달리하여 좌우에 있는 GF 수준 기능 버튼에 근접하도록 배치하였다. 그리고 각 변수 하단에 해당 변수의 추이(상승, 유지, 하강) 를 보여주는 표시기를 추가하였다. 다른 변수와 관계가 있는 것은 한데 모아 선으로 연결하여 그 관계를 나타냈다. 이렇게 하여 각 변수들의 상태와 다른 변수와의 관계 같은 정보를 사용자에게 더 쉽게 제공할 수 있다.
 마지막으로 하단에는 AF-3 “물 공급”과 AF-4 “전기 공급”의 정보요건을 시각화 하였다. 물과 전기는 모두 이 를 위한 공급처와 수요처가 정해져 있고 사용자는 각 처소 마다 정해진 공급처나 수요처를 알 필요가 있다. 총량을 보여주는 Bar Graph와 개별 처소의 공급 및 수요량을 함 께 배치하여 사용자가 두 가지의 정보를 한눈에 파악하기 쉽게 하였다.
 

4.4.2 Main Page 사용자 지원 기능

 Main Page에 사용자의 인지적 부하를 줄여줄 수 있는 기능을 두 가지 추가하였다. 그중 하나는 [Figure 4]처럼 오른쪽 상단의 GF 수준 기능의 정보요건을 선택했을 때 화면상의 관련된 다른 구성요소들이 강조되는 것이다. 사용자가 이 정보요건들을 디스플레이에서 확인할 때 이를 관리할 방법과 관리함으로써 영향을 받는 다른 요건들을 확인할 수 있다면 과업에 도움이 된다. 따라서 그중 한 정보요건을 선택했을 때 관련된 다른 정보요건을 색 변화를 통해 강조한다. 먼저 주요 상태변수 및 중대위협변수 중 하나가 선택되면 이 변수를 관리할 수 있는 GF 수준 기능 버튼의 테두리가 다른 색으로 바뀌며 강조된다. 같은 방식으로 선택된 변수의 변동에 영향을 받는 다른 변수들을 나타내는 정보요건들의 추이(표시기)를 강조한다. 선택된 변수를 관리할 때 필요한 정보로서 물과 전력 부문에 어떤 공급원과 수요처가 있는지 알려준다. 이러한 설계는 사용자가 Main Page에서 취할 수 있는 가능한 행위를 알려준다는 점에서 인지적 부하 감소에 도움이 된다.
 사용자의 인지적 부하를 줄여줄 수 있는 기능들 중 다른 하나는 Main Page에서 AF-1, 2의 정보요건을 선택했을 때 GF 수준 기능 버튼을 강조하는 것이다. [Figure 5], [Figure 6]과 같이 구체적으로 AF 수준의 정보요건(발전소 내부 방사선 준위)을 선택하면 관련이 있는 GF 수준 기능의 버튼(온도 관리, 압력 관리)의 배경색이 노란색으로 강조된다. 이 관계는 AF 수준 정보요건을 확인한 사용자가 관리를 위해 어떤 GF 수준 기능을 활용할 것인지 알 수 있도록 하는 것이다. 이렇게 색으로 연결하여 보여주면 사용자가 더 쉽게 수단을 확인할 수 있다.
 
 
 

4.4.3 GF Page (GF-1, Page-2)

 [Figure 7]은 GF Page 중 GF-1 Page 화면을 보여준다. 다른 GF 수준 기능별 화면도 구조는 동일하다. GF 수준 기능별 화면은 각각 4구역으로 나뉘어 있다. 먼저 오른쪽 상단은 Main Page를 포함한 다른 화면 사이의 이동을 도와주는 탐색기가 있고 그 밑에 화면별 GF 수준 정보요건들이 표현되어 있다. 탐색기에는 항상 감시해야 하는 발전소 중대위협 변수 4개의 정상 여부를 나타내는 아이콘이 있다. 이는 각 변수가 정상치를 벗어났을 때 사용자에게 알려주며 곧바로 관련된 GF 수준 기능 페이지로 이동 할 수 있도록 배치되었다. 그 아래에는 GF 수준 정보요건 중에서 실제 발전소의 온도, 수위, 압력 등의 상태를 측정하여 나타내는 변수들을 배치하였다. 오른쪽 하단에는 GF수준 정보요건 중 오른쪽 상단에 배치된 정보요건 외 다른 것을 배치하였다. 이것들은 오른쪽 상단과 달리 실제 측정된 변수를 SAMG의 보조 도구를 이용해 계산한 결과를 나타낸다. 이러한 설계는 사용자가 직접 계산하지 않도록 대신 결과를 보여주어 인지적 부하를 줄이는 데 도움이 될 수 있을 것이다.
 왼쪽에는 PF 수준 정보요건들을 배치하였다. 그중 급수원-유로-펌프로 이어지는 물리적인 연결구조를 가진 정보요건들은 상단에, 그 외 급수원-펌프만 있거나 급수원 -유로의 구조를 가진 정보요건, 혹은 기타 설비들에 대한 정보요건들은 하단에 배치하였다. 상단에서는 물리적인 연결구조를 배관을 의미하는 선을 연결해주는 방식으로 표현하였다. 그리고 유로 및 펌프의 이용 가능성을 사용자가 알기 쉽게 빨간색(이용 불가능), 초록색(이용 가능), 파란색(가동중)의 세 가지 색 및 아이콘으로 나타냈다. 하단에서는 상단과 같은 개념으로 그 외 물리적인 연결구조와 기타 설비의 이용 가능성을 표현해주었다.
 

4.4.4 GF Page 사용자 지원 기능

 GF Page에도 Main Page와 비슷하게 GF 수준 정보요 건과 PF 수준 정보요건 사이의 연결성을 보여주는 기능을 추가하였다. [Figure 8]에 보이는 바와 같이 두 수준 중 어느 하나라도 선택하면 배경이 어두워지며 선택된 정보 요건과 그와 연결된 다른 수준의 모든 정보요건만이 배경 위에 나타나도록 하였다. 그 외 정보요건들은 어두운 배경 뒤에 가려진다. 이렇게 하면 사용자가 원하는 정보만 시야 에 들어오게 돼 정보 취득에 드는 노력이 줄어들 수 있다.
 
 

5. 결 론

 원자력발전소는 대표적인 복합적 사회-기술적 시스템으로써 안전성이 가장 중요한 시스템 중 하나이다. 그래서 여러 안전설비계통 및 대책을 마련하여 혹시 모를 안전사고에 대비하고 있지만 예상치 못한 설계 기준을 벗어나는 중대사고가 발생할 수 있다. 이러한 사고는 복잡도가 높고 대응하는 작업자의 과도한 인지적 부하를 초래할 수 있다. 따라서 이러한 상황의 효과적 대응을 위해 설계된 정보디스플레이는 사고관리에 유용하게 활용될 수 있다. 복잡한 시스템의 정보디스플레이 설계 방법론 중에서 EID가 이론적으로 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 EID 프레임워크를 활용하여 원자력발전소의 중대사고 상황 시 완화 조치 지원을 위한 정보디스플레이의 개념설계안을 제안하였다.
 원자력발전소 중대사고의 특수성을 고려하여 대상 작업영역을 선정하였고, EID 프레임워크에 따라 추상화계층을 활용하여 작업영역분석을 수행하였다. 정립된 작업 영역모델을 바탕으로 정보디스플레이에 들어갈 정보요건을 도출하였고 정보구조 및 정보요건을 시각화하는 방안 역시 도출하였다. 도출된 정보요건과 정보디스플레이 설계전략을 바탕으로 최종적으로 정보디스플레이 개념설계를 수행하였다.
 본 연구는 원자력발전소 중대사고 완화조치 지원을 위해 필요함에도 불구하고 아직 개발되지 않은 정보디스플레이의 개념설계안을 제안했다는 데 의의가 있다. 또한 EID 프레임워크의 설계 원칙 및 프로세스를 활용해 그 개념설계안을 개발하였다는 점에도 의미를 부여할 수 있다. 그러나 본 연구에서 개발된 것은 개념설계안으로 프로토 타입 제작과 평가가 추후 이루어져야 하고 이를 이용한 사용성 및 기능성 위주의 평가가 이루어질 필요가 있다. 따라서 향후 연구를 통해 프로토타입을 제작하고 이를 활용해 실제 원자력발전소의 운전원을 대상으로 실험적 평가 를 수행할 예정이다.

Figure

Table

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