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  • 人因工程:未来30年“中国智造”助推器

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-01-29

    作者:封锁力来源:中国青年报发布日期:2016/4/19 10:7573360332

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    human factor project:booster of " China intelligent building " in next 30年

    profile of the first human factor project summit forum

    manual control docking diagram of神州9号和天宫1号 愿景中国地图(材料和图片)

    许多学者和专家都对人类工程学表现出极大的兴趣,倾听并积极讨论。

    很少有人知道暴露在失重的旋转天空下是什么感觉空

    甚至没有人知道在孤独的泰空像玩电子游戏一样追逐和捕捉目标的感觉。

    但是这些,刘旺知道

    刘旺是最神秘和低调的宇航员 2012年6月24日,刘旺手动控制神舟九号飞船完成与天宫一号的交会对接成为人机交互中最和谐、最完美的人类领导者

    中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室是航天科技人才的聚集地,近日在深圳举办了首届中国人因工程高峰论坛。 中国航天、航空空、核电、高铁、互联网、医疗、科研、制造等领域的顶尖科技专家。讨论了人因工程如何应用于各自的科学研究领域。

    他们认为中国的科学技术经过几十年的追赶已经取得了显着的成就。在中国目前2.0和3.0的产业混配状态下,通过系统地增加对人的极限和适应性的研究,对“人-机-环境”的深入互动研究,以及对人的心理和情感的综合关怀研究,必将推动中国科技的转型。

    人为因素项目不仅将挑战工业4.0,还将迎接未来30年中国的技术爆炸。

    人类因素工程也让学者们着迷。

    大多数人不熟悉人因工程的学科。

    苹果手机容易滑动,也容易坏掉。让我们加一个封面

    孩子们饭前洗手不方便。一些餐馆有低矮的洗手盆。

    老人看不清楚药品说明书,所以我们用胶囊壳做了一个放大镜。

    当你想知道路的时候,你不会谈论汽车导航,但是当你有线索的时候,你会说个没完。 我们只是希望导航能在你需要的时候发出信息,引导你到达目的地。 在论坛开幕式上,首届论坛主席、中国载人航天工程副总设计师、国际宇航科学院院士陈善广以人们的亲身经历介绍了人因工程的概念。 因为他也有着重要的身份,是国家人文因素工程重点实验室的主任,中国人文因素工程系的带头人

    根据国际学术界目前的定义,人因工程(human factor engineering)是一门研究系统中人与其他要素之间的相互作用的学科,运用相关的原理、理论、数据和方法进行系统设计,以确保人员的安全、健康和舒适以及系统的最佳性能。 这个学科在欧洲被称为人体工程学,在日本被称为人体工程学。其他类似的学科包括人机工程学、工程心理学和在中国建立的人机环境系统工程理论。

    它涵盖范围很广,包括高层国家重型设备、精密航天器、核工业和战斗机的设计,以及我们日常生活中的琐事。

    简而言之,就是研究人、机器和环境之间的关系,使它们达到最佳匹配。 自诞生以来,该学科一直受到发达国家的高度重视,并已应用于国家科技和经济的各个方面国际空的建设、波音飞机的全数字化设计、哈勃天文望远镜的维修、高速列车的设计以及许多其他方面,所有这些都是由工程贡献的。

    陈善广指出人机关系本质上是一种人际关系,因为机器是由人类设计的,必然带有人类的印记。 人机关系是工程开发中设计者和使用者之间的关系,是对立统一的辩证关系。 实际上,设计师经常把自己当成用户,用户经常抱怨设计师不能满足他们的要求。人为因素工程为沟通和解决这一问题搭建了一座科学的桥梁。

    互联网企业家最注重产品交互设计。 阿里巴巴首席技术官王建也参加了第一届人因工程论坛。

    然而,人类工程学当然不局限于“比特世界”中的人机交互,也不仅仅是一个产品经理 人类真正的尖端科学技术必须在物理学的“原子世界”中取得重大突破和创新。人类工程学的基本任务是借助“软科学技术”的经验,在“硬科学技术”中进行人机交互和人机交互的研究与设计。

    这是一个非常大的学科,与其他学科紧密交叉。因此,这次会议吸引了两院9名院士和来自70个顶尖科研机构、企事业单位的200多名代表。中国科学家已经意识到这一学科的重要性。

    高铁竞争激烈,人为因素工程是关键。

    如果不仔细考虑人为因素,系统不仅会降低或失去效率,还会导致人类健康问题,甚至人员伤亡。 “陈善广用两个灾难故事来分析人类工程

    故事1:1988年7月3日两伊战争结束前,伊朗民航飞机IR655被美国海军导弹巡洋舰文森斯号(USS Vincennes)击落,造成290名乘客和机组人员死亡。 当时文斯号在伊朗水域,当它发现这架飞机时,它分析了原因,错误地将这架民用飞机的上升判断为俯冲,从而将其视为敌机。此外,船上的士兵非常紧张,这导致了悲剧。

    故事2:1971年6月,苏联联盟-11号太空舱在着陆前泄漏并减压。三名宇航员都在没有压力损失保护的情况下死亡。从那以后,宇航员被要求在上升和返回阶段穿着太空服进入太空舱。

    “超级复杂的系统会给人们带来麻烦。一个非常小的错误操作会导致一系列的错误并犯下一个大错误。 ”他说

    为了讨论人为因素工程的重要性,专家们从问题开始,从防灾开始。 中广核副总工程师任盛骏首先谈到了人类核能利用的三个惨痛教训:美国三里岛核泄漏、苏联切尔诺贝利核电站悲剧事故和日本福岛核危机。 “许多人错误地认为福岛危机是由地震引起的,是不可避免的 事实上,这不是真的。福岛核泄漏既是自然的,也是人为的灾难。 "

    安全如天堂 任盛骏认为,这场灾难的启示不在于地震和自然灾害。核电站最终将“考虑人为因素,避免系统设置中的错误” 核能安全永无止境 中广核去年成立的核电安全监控技术与设备国家重点实验室(State Key Laboratory for Nuclear Power Safety Monitoring Technology and Equipment),包括人机交互和人为错误预防技术等人类工程研究方向。

    高铁现在已经成为最便捷的交通工具,几乎成为人们出行的首选。 “723”甬温线特大铁路交通事故严重损害了高速铁路的发展。 但是现在呢?中国科学院院士、中国铁路总公司总工程师何华武与与会专家交流了高速铁路发展现状。

    他说,中国的国情、气候和地形决定了中国高铁的复杂性。 法国的高速铁路是从巴黎到马赛,以及英法之间的隧道。 日本新干线位于相对较小的领土上,而中国的高速铁路是一个大网络。 交通运输的复杂性以及各种天气和地理的复杂性是不言而喻的。如果任何子系统出了问题,汽车将被摧毁,人将死亡。

    在中国东北的哈尔滨至大连铁路上,面对寒冷、脆弱和坚硬的铁轨,中国的高速铁路仍然可以达到每小时350公里。

    当有人问:如果黑客破坏了高铁系统的网络信息怎么办?何华武坚定地回答:“中国不怕,有现成的手。” “

    从兰州到乌鲁木齐,普通列车被强风吹倒,地壳频繁移动 高铁怎么样?何华武解释说,他们已经建立了地震监测和预警系统,利用地震波纵波和横波的时差,采用停电的方法减速停车,避免人员伤亡。 他透露,中国现在有11列“黄色医生列车”,每10到15天进行一次监控,以确保整个系统的安全。

    何华武实际上告诉与会者,中国高铁系统的人性化设计和强大竞争力完全是从人因工程的角度系统化设计的。

    华龙一号进入英国,人们首先通过评估

    美国科幻大片《地心引力》曾经让许多中国人兴奋不已。 因为女主角最后的生存机会是坐在中国的神舟飞船上。 然而,这部电影也暗示了美国返回舱是人性化的、舒适的和现代的。 俄罗斯的宇宙飞船也非常宽敞,材料丰富。 救了她一命的神舟号太空舱很窄,没有什么安慰。 当穿越大气层时,女宇航员经历了噩梦般的身体感觉。我们的返回舱就像一个黑色的铁蛋,砸回地球母亲的怀抱。

    这可能是中国人给外国人的印象他们可以实现自己的目标,但不谈论舒适或美学。

    从深圳人因工程大会组委会的初衷来看,发展人因工程的目的是打破军事装备研发和日常生活用品研发领域“人因机器而适应”的传统设计理念,以人为本,以“机器因人而适应”为核心。

    陈应春,国家“973”的首席科学家和C919飞机的执行副首席设计师,指出飞行员的舒适性从大型国产飞机的设计一开始就被强调。 记者先后体验了国产飞机云实和C919的驾驶舱。 显然,云10是为敏捷战斗机飞行员设计的。进入驾驶座非常不方便。记者的头被碰了两次。 30年过去了,中国商飞C919驾驶舱宽敞美观,操作屏幕清晰,外行人一眼就能看到,方向盘已经成为不影响人们进出的操纵杆。 其中,我们可以充分看到设计师对司机的关心和观察。

    考虑人为因素也是中国走向全球战略的一部分。 例如,何华武院士说,在高速铁路的设计过程中,他们不断吸收先进的人因工程理论。

    以高速列车的驾驶室为例 在他们看来,列车驾驶员是体验产品,而驾驶员的控制台、座椅、视野等要素应充分融入设计过程,做到可靠、舒适、美观。 为了减少驾驶疲劳,他们要求高铁司机每两小时休息一次。驾驶员座椅很宽,可以方便下肢的伸展和收缩。 为了提高可靠性,他们删除了冗余设计,控制台接口被划分为不同的功能区域,标记清晰可变,并且在主手柄上还安装了防止误操作和意外碰撞的装置。

    例如,中国独立的第三代核电技术华龙一号目前正在向海外出口,并在英国布拉德维尔落户 当科学家和技术人员去英国时,他们首先被问到:你的评估结果是什么?如何减少人为因素的负面影响?任盛骏认为,解决人民问题是核电安全中非常重要的一环。改善人机交互可以提高核电安全屏障的可靠性。

    华龙一号的人员培训非常严格。成为运营商需要4年时间,升级到高级运营商至少需要7年时间。 值班人员必须偶尔去模拟器练习。 由于反应堆每18个月更换一次材料,如果一个人从未有机会进行操作培训,他的工作许可证将被吊销。 任盛骏列出的华龙1号安全保证指标都指向灾难:堆芯损坏的概率、抗震等级、大型飞机撞击时的大自由体积双层安全壳、旨在吸收福岛核事故反馈的多样化电源和水源保证措施,以及乏燃料厂的监测措施。

    如何以人为本,降低风险指数?来自各方的专家同时提到了太空经验。 “宇航员是人类最好的精英。他们幕后的英雄也是超级大脑和国家的真正支柱 “国际宇航科学院院士、北京理工大学生命学院院长邓玉麟教授告诉记者,人类不熟悉的失重状态和极其恶劣、不可预测的恶劣环境正在等待着他们。因此,各国将投入大量资金和人才研究如何设计一个方便宇航员执行任务的工作界面,以及如何确保他们成功完成任务。 随着中国经济的快速发展,以人为本的理念正渗透到各个领域。 然而,中国载人航天飞行的成就和数据丰富,围绕宇航员的研究形成,可以充分应用于更流行的应用领域。

    宇航员刘旺和他的对接手柄

    空间人因研究更关注人类在极端环境中的状态、能力和安全。

    据报道,当天中午,神舟九号飞船开始自主接近天宫一号,然后保持140米的距离。 12时38分,航天器转向手动控制。12时42分,刘旺控制飞船接触天宫一号的对接环,8分钟后对接机构成功捕获。 随着对接锁的锁定,天宫一号和神舟九号形成一个组合体,人工交会对接成功完成。

    困难超出了普通人的想象。

    刘旺想对抗不同于地球的失重状态。他想在规定的时间内以更少的燃料消耗和更高的精度完成两艘高速宇宙飞船的对接。

    陈善广当时是宇航员系统的总司令和首席设计师。他告诉媒体,由于两艘高速宇宙飞船的质量很高,人工操作要求非常精细,宇航员判断空之间位置、协调手和眼睛以及并行处理多种信息的能力要求非常高。 首先,交会对接手动控制系统的设计必须满足人们的生理和心理要求。 为此,人类因素工程实验室(Human Factors Engineering Laboratory)进行了大量的实验研究,包括宇航员的认知特征、目标设计、手柄的操作极性等。并为工程开发部门提出了几十条重要的人机工程学改进设计建议并予以采纳。 另一方面,为了满足任务要求,宇航员在地面接受了数百次正常模式和故障应急模式下的手动操作训练。 在执行任务之前,机组人员必须完成数千小时的目标训练任务。

    正如中国工程院院士、中国载人航天工程飞船系统原总设计师戚发轫对中国青年报·中青在线记者所说,早在1992年, 国家载人航天工程专门设立航天员系统,设立了工效学的要求与评价分系统,充分考虑人的因素。

    进入宇宙,步步惊心。如果实施对接的航天员没有极强的心理素质和身体上的抗干扰能力,一个小的错判,或者误操作,就很可能导致大的问题或者任务失败。1968年10月,苏联航天员别列戈沃伊驾驶“联盟3号”和“联盟2号”飞船对接,两飞船自动接近、手动对接3次,因指示灯设计有误,加上判断差错耗尽了燃料,最终未能实现对接。

    他们知道,即使航天员由于紧张手出汗了,也会降低操纵按钮的敏感度,从而降低对接的成功率。据人因工程重点实验室副主任王春慧介绍,飞机有试飞员,而在交会对接之前,我们的研究人员和航天员都没有过这些经历。对长期飞行下,失重、震动、极端温度对人的认知能力会否受影响,他们做了各种各样的试验和高强度训练与考核,做了一万多人次的实验,建立了模型。

    上天飞行前,刘旺在各项指标的考评中,心理素质、操控能力评分是最高的,能在各种恶劣的环境中心理最稳定,达到人与机器之间的合一。最终,他在险恶的太空中“从容不迫”不负众望,以手动对接第一人成为航天英雄。

    2013年,“载人航天空间交会对接工程”获国家科技进步特等奖,航天人因工程对保障人控交会对接等任务的成功完成发挥了重要作用。

    “成功不等于成熟。结果完美并不等于过程完美。中国载人航天的辉煌背后也还存在着人因问题考虑不完善的地方,工程全线对人因还缺乏足够重视,人因体系并没有完全建立起来,作为航天人务必要保持头脑清醒,要有风险意识。”陈善广当时的思考为大会埋下伏笔。

    人因工程助推中国制造2025

    除了国家的军工、高精尖的大项目,在陈善广看来,人因工程能服务的领域非常宽广,跨度极大。

    正在到来的工业4.0时代包括两大主题:一是智慧工厂,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是智能生产,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用。这些都与人因工程高度交叉。对中国而言,中国制造必然在工业4.0时代升级到“中国智造”。

    “人因工程面对的新挑战也就是新使命。”陈善广解释,人-机系统的表现形式和关系发生了变化:人不出现在生产现场,变成“看不见的手”,从采集信息到大数据挖掘再到决策,实现新的生产方式。

    他认为,人因工程是工业4.0的灵魂。中国虽然是全球第一的制造业大国,但是现代化、信息化水平区域发展参差不齐,标准化程度低,要跨越式迈进工业4.0,还必须大力发展工业3.0,补上工业2.0的课;从实现民族复兴的角度看,这是难得的历史机遇;机遇大,挑战更大。

    东南大学薛澄岐教授是国内复杂信息系统数字界面人机交互设计领域的先行者。在会上,他向科学家们演示了航天员脑控、眼控头盔的设计,让大家对航天的未来感叹不已。

    “体感交互方式被游戏设计者充分应用,”很多游戏迷带着头盔进行电子游戏,而随着可穿戴式人机交互新技术的发展,人与机器的结合将在越来越多的领域发挥重要作用。 “在信息化时代,复杂的系统已经逐步取代传统的显控界面,被广泛应用到战机船舶驾驶操纵、核电厂控制、战场指挥、汽车驾控等各种复杂的人机交互系统和环境之中。”薛澄岐说。

    人因工程在医疗康复领域也可大显身手。天津大学生物医学工程与科学仪器系的系主任明东向大家展示了人因工程理念指导医疗器材和康复训练方面的培训。一位名叫时军涛的患者11年内4次中风,无法握笔。经过脑机接口的4个月训练,她可以写名字了,到第五个月,字迹已经很圆润流畅了。

    人因工程就是做到“天人合一”

    陈善广提出的人因工程助推中国制造2025的行动倡议,得到与会代表积极响应。

    人因可靠性专家、湖南工学院张力教授认为,本次论坛首次云集国内人因方面的顶级专家共谋中国人因工程发展大计,重视程度、层次和规格之高前所未有,是我国人因工程领域的重要里程碑。清华大学工业工程系主任李志忠教授表示,加强宣传推广,国家职能部门是关键。人因专家的培训和认证体系建设也迫在眉睫,应设立专门的机构负责此事。

    陈善广表示,人因学科的很多方法不仅得到了美国国防部、美国国家航空航天局的青睐,也广泛应用于民用飞机、汽车等制造行业,不仅提高了系统效能、减少人因差错、确保安全性,而且能够减少设计反复、缩短研制周期、大大降低研发成本。这些价值需要被管理层、工程师和用户真正认识。

    作为特邀嘉宾的雕塑艺术家任军,用屠夫与铁匠的故事谈了他对人因工程的理解:庖丁解牛解得好,不仅是因为屠夫对牛结构的理解和技术的熟练,还有个很重要的因素,是他的解牛工具是一把好刀,而打造这把刀的铁匠也需对牛的结构和用刀的人了解透彻,才能打造出一把顺手好用的刀。“屠夫与铁匠就是人因工程使用者与设计者的关系吧”。

    任军还对陈善广提出的人因设计应考虑人的审美需求的观点很认同,他问科学家们:我们的产品与发达国家比起来到底哪里不对?其实就是缺乏审美考虑。现代的产品体现的是科技与艺术的结合,内在功能与外观设计的统一。

    劳动创造了人,人用技术与大自然、宇宙进行交互,创造了不断迭代升级的人类文明。从这个意义上说,人的本质是科技,科技的本质就是人。陈善广在报告中说,“人是极为复杂的生命系统,人机系统由于人的参与更为复杂,人因工程反映了人类对客体和主体自身的认知水平”。

    事实上,大到嫦娥计划、空间站、火箭飞船,小到一个手机、放大镜、一把刀,都是人通过技术与自然达成“心物一体化”,并不断探索文明新境界的过程,人因是其中最活跃最本质的因素。中国文化中“天人合一”思想以及整体观,渗透在中国的人因工程各环节。

    这次深圳研讨会的专家们一致认为,人因工程正在蓬勃发展中,中国人的智慧和文化一定会对这一学科的发展做出独特贡献,也必定助力中国在未来30年取得整体性科技大突破。

    不过,不同意见的争论、交锋、碰撞,在人因工程这个高精尖又几乎无限跨界的领域中很正常。白天一整天的头脑风暴后,入夜的闭门会议仍然是唇枪舌剑……

    这些来自中国科研一线阵地上的“大拿们”,总想着让人因工程成为更多人的追求与共识,希望让中国的工程师、设计师、企业家,甚至普通生产者,都能充分考虑自己产品对象的需求,把对人的关心,注入到每一件产品里。

    陈善广说:“我们有理由相信,人因工程会把一种优良基因,传递到我们国家上上下下各个领域中去。”

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