人因工程：未来30年“中国智造”助推器
神舟九号和天宫一号手控对接示意图。视觉中国供应地图(信息图片)
许多学者和专家对人类工程学表现出极大的兴趣，认真倾听并积极讨论。
很少有人知道置身于失重的旋转天空中会是什么样子。
没有人知道像玩电子游戏一样在孤独的空间追逐和捕捉目标是什么感觉。
但是这些，刘王知道。
刘旺是最神秘、最低调的宇航员。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，最近在深圳举办了首届中国人因工程高峰论坛。来自航空航天、航空、核电、高铁、互联网、医疗、科研、制造等领域的中国顶尖科技专家讨论了如何将人因工程应用于各自的科研领域。
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著的成就。目前，中国处于2.0和3.0的产业混搭状态。对人类极限和适应性的系统研究，对“人-机-环境”的深入互动研究，对人类心理和情感的综合关怀研究，必将推动中国科技的转型。
人因工程不仅将挑战工业4.0，也将迎接未来30年中国的技术爆炸。
院士们也对人类工程学着迷。
大多数人都不熟悉人因工程学。
苹果手机很容易滑落和损坏，所以我们会加一个盖子。
儿童饭前洗手不方便。在一些餐馆里，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，当你有线索的时候，你会无休止地谈论。我们只是希望导航系统能在你需要的时候发出信息，引导你到达目的地。
……
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在论坛开幕式上以亲身经历介绍了人因工程的概念。因为他也有着重要的地位，是国家人体因素工程重点实验室的主任，我国人体因素工程部门的带头人。
根据目前国际学术界的定义，人因工程是一门研究人与系统中其他要素之间相互作用的学科，它利用相关的原理、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类工程学、工程心理学和在中国建立的人机环境系统工程理论。
它涵盖的范围很广，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，以便它们能够达到最佳匹配。这门学科自诞生以来，一直受到发达国家的高度重视。它已应用于国家科技和经济的各个方面——国际空间站的建造、波音飞机的全数字化设计、哈勃太空望远镜的修理、高速列车的设计以及许多其他方面，所有这些都是由工程促成的。
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。事实上，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科学的桥梁。
互联网企业家最关注产品交互设计。阿里巴巴的首席技术官王建宙也出席了首届人类因素工程论坛。
然而，人因工程当然不局限于“比特世界”中的人机交互，人因工程师也不仅仅是产品经理。人类真正的尖端科学技术必须在物理学的“原子世界”中实现重大突破和创新。人类工程的根本任务是借助“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和设计。
这是一个非常大的学科，与其他学科紧密交叉。因此，会议吸引了中国科学院两院的9名院士和来自70多个*科研院所、企业和机构的200多名代表。中国科学家已经意识到这门学科的重要性。
人因工程是高铁强大竞争力的关键。
“如果不考虑好人为因素，不仅会降低或使系统效率失效，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为因素工程。
故事1:在1988年7月3日两伊战争结束之前，伊朗的民用航空航班IR655被美国海军的导弹巡洋舰文森号击落，造成290名乘客和机组人员死亡。当时，文斯号在伊朗水域，当它发现飞机时，它分析了原因，并错误地将民用飞机的上升视为俯冲，从而将其视为敌机。此外，船上的士兵高度紧张，导致了这场悲剧。
故事2:1971年6月，苏联的联盟11号太空舱在着陆前泄漏并减压。三名宇航员在没有失压保护的情况下全部死亡。从那以后，宇航员被要求在上升和返回阶段在太空舱里穿宇航服。
“一个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将导致一系列的错误，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，从灾难预防开始。中广核副总工程师任首先讲述了人类核能利用的三大惨痛教训:美国三里岛核泄漏、苏联切尔诺贝利核电站悲剧和日本福岛核危机。“许多人错误地认为福岛危机是地震造成的，是不可避免的。事实上，这不是真的。福岛核灾难是自然和人为的。”
安全和天堂一样重要。任认为，灾难的揭露不能归咎于地震和自然灾害。核电厂最终将“考虑人为因素，避免系统设置中的错误”。核能安全是无止境的。核电安全监控技术与设备国家重点实验室由中国核电集团公司于去年建立，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。“7·23”甬温铁路交通事故严重破坏了高速铁路的发展。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铁发展现状。
他介绍说，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。日本新干线位于一个相对较小的区域，而中国的高速铁路是一个庞大的网络。交通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，人们将会死亡。
在中国东北的哈尔滨至大连线路上，中国的高速铁路在寒冷、易碎和坚硬的铁轨面前仍然可以达到350公里/小时。
当有人问:如果黑客破坏了高铁系统的网络信息怎么办？何华武斩钉截铁地回答:“中国不害怕，有一只现成的手。”
从兰州到乌鲁木齐，普通列车被强风吹倒，地壳频繁移动。高速铁路怎么样？何华武解释说，他们已经建立了地震监测和预警系统，该系统利用地震波的纵波和横波之间的时差，采用断电的方法减速和停车，以避免人员伤亡。他透露，中国目前有11列“黄色医生列车”，每10到15天对其进行监控，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是从人因工程的角度全面系统地设计的。
当华龙一号进入英国时，人们首先通过了测试。
美国科幻大片《地心引力》曾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，也没有什么舒适度。穿越大气层时，女宇航员经历了噩梦般的身体感受。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留下的印象——他们可以实现自己的目标，但不谈舒适或美学。
从本次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传统的军事装备研发和日用品研发领域“人适应机器”的设计理念，以人为本，以“机器适应人”为核心。
国家“973”首席科学家、C919飞机执行副总设计师陈应春指出，从设计大型国产飞机的一开始就强调飞行员的舒适性。记者先后体验了国产飞机云实和C919的驾驶舱。显然，第10个是给敏捷战斗机飞行员的。坐在驾驶座上很不方便。记者的头被摸了两次。时隔30年后，中国商用飞机公司的C919驾驶舱宽敞而漂亮，有清晰的操作屏幕，外行人一眼就能看到。方向盘也成了一个不影响人们使用的操纵杆。其中，我们可以充分看到设计师对司机的关怀和观察。
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，火车司机就是体验产品。驾驶员控制台、座椅、视野和其他要素应完全融入设计过程。它们应该是可靠的、舒适的和漂亮的。为了减少驾驶疲劳，他们要求高铁司机每工作两小时休息一次。驾驶员座椅很宽，便于下肢弯曲。为了提高可靠性，他们删除了冗余设计，将控制台界面划分为不同的功能区，并在主手柄上安装了防止误操作和意外碰撞的装置。
另一个例子是中国独立的第三代核能技术——华龙1号，该技术正出口到海外，并在英国的布拉德韦尔落户。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？任认为，解决人民群众的问题是核电安全的一个非常重要的环节。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。成为一名操作员需要4年时间，而升级到高级操作员至少需要7年时间。值班人员每隔一段时间必须去模拟器那里练习。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。任列出的华龙1号安全保证指标均指向灾难:堆芯损坏概率、抗震等级、针对大型飞机撞击的大*容积双层安全壳、根据福岛核事故反馈设计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。“宇航员是人类最优秀的精英。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、北京科技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，以人为本的理念正在渗透到各个领域。然而，中国载人航天飞行在航天员研究方面形成了丰富的成果和数据，可以充分应用于更为热门的应用领域。
航天员刘旺及其对接手柄
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，并保持140米的距离。12时38分，航天器切换到手动控制。12时42分，刘旺控制航天器与天宫一号对接环接触，八分钟后对接机构成功捕获。锁定对接锁后，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。
刘旺想对抗失重状态，这与地球上的情况不同。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飞船的对接。
陈善广当时是宇航员系统的总指挥和首席设计师。他对媒体表示，由于两艘高速飞船的质量很大，人工操作要求非常精细，宇航员判断空间位置、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需求。为此，人类因素工程实验室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。，并为工程开发部提出了几十条重要的人机工程学改进设计建议并被采纳。另一方面，为了满足任务要求，宇航员在地面上接受了数百次正常模式和故障应急模式的人工操作训练。在执行任务之前，机组人员必须完成数千小时的有针对性的训练。
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祁发仁在接受《中国青年报》和《中国青年在线》采访时所言，早在1992年，国家载人航天工程就专门建立了航天员系统，建立了人机工程学要求和评价子系统，充分考虑了人的因素。
踏着薄冰进入宇宙。如果进行对接的航天员心理素质和身体抗干扰能力不强，判断失误或操作失误，很可能导致大问题或任务失败。1968年10月，苏联宇航员贝雷戈沃伊驾驶联盟3号和联盟2号宇宙飞船对接。两艘宇宙飞船自动靠近，手动对接了三次。由于指示器设计错误和燃料耗尽的错误判断，对接失败。
他们知道，即使宇航员因紧张而出汗，他们也会降低控制按钮的灵敏度，从而降低对接的成功率。据人类因素工程重点实验室副主任王春晖说，这架飞机有试飞员，我们的研究人员和宇航员在交会对接前都没有这样的经历。他们做了各种实验和高强度的训练和检查，做了10000多项实验并建立了模型，以确定失重、振动和极端温度是否会影响人们在长期飞行中的认知能力。
在飞上天空之前，刘旺在心理素质和控制能力各指标的评价中得分最高，在各种恶劣环境中心理最稳定，实现了人与机的统一。最后，他在危险的太空中“从容不迫”，不负众望，通过人工对接成为第一位太空英雄。
2013年，“载人航天交会对接工程”获得国家科技进步特别奖。空间人因工程在确保成功完成载人交会对接等任务方面发挥了重要作用。
“成功并不意味着成熟。完美的结果并不意味着完美的过程。在中国载人航天辉煌的背后，仍有不完美考虑人为因素的空间。整个项目没有足够重视人的因素。人因系统尚未完全建立。作为一架航天飞机，人们必须保持清醒的头脑，意识到风险。”陈善广当时的想法为这次会议奠定了基础。
人因工程推广中国制造2025
在陈善广看来，除了该国的军事工业和高科技大型项目外，人类工程还可以服务于广泛的领域。
即将到来的工业4.0时代包括两大主题:第一，智能工厂，侧重于智能生产系统和过程的研究，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、人机交互以及三维技术在工业生产过程中的应用。这些都与人因工程学高度相关。对中国来说，在工业4.0时代，中国制造业必须升级到“智慧中国”。
"人类工程面临的新挑战也是新的使命."陈善广解释说，人机系统的表现形式和关系已经发生了变化:人们不再出现在生产现场，而是成为“看不见的手”，从收集信息到大数据挖掘再到决策，实现了一种新的生产方式。
他认为人类工程是工业4.0的灵魂。虽然中国是世界上最大的制造国，但现代化和信息化水平因地区而异，标准化程度低。为了向工业4.0迈进，我们还必须大力发展工业3.0，弥补工业2.0的不足。从民族复兴的角度来看，这是一个难得的历史机遇。机遇和挑战更大。
东南大学的薛成奇教授是中国复杂信息系统数字接口人机交互设计领域的先驱。在会上，他向科学家展示了宇航员大脑控制和眼睛控制头盔的设计，这让每个人都对太空飞行的未来惊叹不已。
"体感交互被游戏设计者充分应用."许多游戏迷戴着头盔玩电子游戏。随着新型可穿戴人机交互技术的发展，人机结合将在越来越多的领域发挥重要作用。在信息时代，复杂系统已逐渐取代传统的显示和控制界面，并广泛应用于各种复杂的人机交互系统和环境，如战斗机的船舶操纵、核电站控制、战场指挥和汽车操纵等薛承启说道。
人因工程在医疗康复领域也能发挥重要作用。天津大学生物医学工程与科学仪器系主任董明展示了以人因工程理念为指导的医疗设备培训和康复培训。一位名叫史的病人在11年内中风4次，无法握笔。经过四个月的脑机接口训练，她能够写下自己的名字。到了第五个月，她的笔迹已经光滑圆润了。
人因工程是为了实现“人与自然的和谐”
陈善广提出的“2025中国制造”的倡议得到了代表们的积极响应。
湖南理工大学人因可靠性专家张强教授认为，本次论坛是国内顶尖人因专家第一次齐聚一堂，以前所未有的关注度、水平和规格，与中国人因工程发展规划合谋，是我国人因工程领域的一个重要里程碑。清华大学工业工程系系主任*忠教授说，加强宣传和推广是关键。培训人为因素专家和建立认证制度也迫在眉睫，应该设立一个专门机构来负责这一事项。
陈善广说，人因学科的许多方法不仅受到美国国防部和美国国家航空航天局的青睐，而且广泛应用于制造行业，如民用飞机和汽车，这不仅提高了系统效率，减少了人因失误，保证了安全，而且减少了设计迭代，缩短了开发周期，大大降低了研发成本。这些价值观需要得到管理层、工程师和用户的真正认可。
作为特邀嘉宾的雕塑艺术家任俊，用屠夫和铁匠的故事讲述了他对人因工程学的理解:屠夫对牛的结构和技术熟练程度的良好理解不仅是屠夫理解牛的原因，也是一个非常重要的因素。他的解牛工具是一把好刀，制作这把刀的铁匠也需要对牛的结构和使用刀的人有一个透彻的了解，以便制作一把方便的刀。"屠夫和铁匠是人类工程用户和设计师之间的关系."
任俊也同意陈善广的观点，认为人类的设计应该考虑人类的审美需求。他问科学家:与发达国家相比，我们的产品有什么问题？事实上，它缺乏美学考虑。现代产品体现了科技与艺术的结合，内部功能与外部设计的统一。
劳动创造了人类，人类利用技术与自然和宇宙互动，创造了一个不断更新的人类文明。从这个意义上说，人的本质是科学技术，科学技术的本质是人。陈善广在报告中说，“人类是极其复杂的生命系统。由于人类的参与，人机系统更加复杂。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，从嫦娥计划、空间站、火箭飞船到手机、放大镜和小刀，一切都是一个过程，在这个过程中，人们通过技术和自然实现“心物一体”，不断探索文明的新境界。人的因素是其中最活跃、最关键的因素。“人与自然和谐相处”的理念和中国文化的整体理念渗透到中国人因工程的方方面面。
在这次深圳研讨会上，专家们一致认为，人因工程正在蓬勃发展，中国人民的智慧和文化必将为这门学科的发展做出独特的贡献，必将有助于中国在未来30年内在整体科学技术上实现重大突破。
然而，在人类因素工程这个高度复杂和几乎无限的跨界领域，不同意见的争论、对抗和碰撞是很正常的。经过一整天的头脑风暴，晚上的闭门会议仍然充满了争论和争论。
这些来自中国前沿科学研究的“大玩家”总是想让工程成为更多人的追求和共识。他们希望中国的工程师、设计师、企业家甚至普通的生产商能够充分考虑他们产品的需求，并在每一件产品中注入对人的关怀。
陈善广说:“我们有理由相信，人类因素工程将把一个优秀的基因转移到我们国家的各个领域。”