中國邁向空間站時代 人因工程：大國重器點睛之筆
人因工程：大國重器的點睛之筆
杭州良渚夢棲小鎮入口的天橋上這幾天掛起一條巨大的橫幅——“第二屆中國人因工程高峯論壇”。
幾乎所有經過這裏的人都要問：“什麼是人因工程？”杭州人很奇怪，為什麼這4個字有那麼大的魅力，能吸引來15位中國兩院院士和3位國際宇航科學院院士？
“飛船、坦克、高鐵都是複雜人機系統，因為人的參與使系統變得更為複雜，系統運行具有某種不確定性和難以預測的特點，系統安全性問題會更突出。解決這一難題需要一門新興的綜合交叉學科的支持，這就是人因工程（Human Factors Engineering），它致力於研究人、機器及其工作環境之間的相互關係和影響，最終實現提高系統性能且確保人的安全、健康和舒適的目標。”
不出所料，第二屆中國人因工程高峯論壇主席、中國載人航天工程副總設計師、國際宇航科學院院士陳善廣在論壇的開壇首講，用一些重大事故案例進一步闡述了人因工程概念及其重要價值，同時首次就複雜系統人因設計與測評的概念與方法進行了較為系統和深入的探討。他還有一個重要身份，是人因工程國家級重點實驗室主任、我國人因工程學科帶頭人。
開幕式上的圈外人士很快發現這樣一個現象：院士、專家的發言，開始部分誰都能聽懂，就是災難、問題、困境，而後半段，涉及到解決的路徑方法論才艱深起來，因為數學模型和學術名詞開始登場。
當中國首個手動完成空間交會對接任務的“神九”航天員劉旺出現在論壇上，現場一片躁動。他也是陳善廣團隊的研究人員，剛獲得人因工程方向的博士學位。劉旺在太空從容不迫完成手動對接的傑出表現，詮釋了人因工程的最大內涵。“錢學森認為人體是一個開放的巨系統，複雜程度遠遠超過從前科學研究的對象。”在這門正在中國興起的學科中，劉旺不僅被人研究，他也在研究自己、研究任務中人與航天器的關係。
中國載人航天走過了25年光輝歷程，高科技人才薈萃，在國家載人航天計劃、“973”計劃等項目支持下，中國航天員科研訓練中心人因工程重點實驗室，成為人因工程的領跑者。此外，大飛機、高鐵、地鐵、核電站等國家的重大計劃和專項這些年爆發式的發展，與之相應的人因工程研究與應用也取得了一大批原創性的理論和研究的成果，對推動中國製造強國的建設和軍隊的現代化建設、推進經濟結構的轉型升級，都發揮了重要作用。
本屆論壇以“人因設計創新中國”為主題，圍繞“人因設計、中國智造、軍民融合、共贏共享”的核心議題，在更廣範圍、更高層次、更深程度上將國防和軍隊現代化建設與社會經濟發展結合起來，正如開幕式上，國防科工局總工、發展計劃司司長龍紅山説的，“推進國防科技工業軍民融合深入發展，也是推進國家創新驅動發展戰略，促進供給側改革的迫切需要”。
因此，來自中國前沿科技的各方專家，分享了人因工程研究成果，研討人因設計發展規劃，他們希望人因工程在智能裝備、創新設計、醫療健康、智慧城市、互聯網和國防安全等領域的探索，能起到引領與促進作用，努力服務於國家建設和社會發展。
他們認為，中國的科技經過幾十年的追趕，已經在摸索中找到了自信，在工業設計和工業製造中加入“人-機-環境”的深度互動研究，加入對人的心理和情緒的全面關懷研究，不僅能助推中國科技的躍遷，也將向世界的前沿科技和經濟發展貢獻更安全可靠的中國方案。
有多少災難可以規避 從美國4次撞艦事故説起
在災難和風險面前，人做什麼才能趨利避害，逃過一劫？有沒有系統的方法和手段？
不可否認，災難和事故是人類最好的老師。與事故對弈，是科學家必須做的。
在各行各業，面對安全問題，他們必須變身阿爾法狗的設計者，提前幾步甚至幾十步，預測出對方殺招的各種端倪，然後一一殲滅之，同時伺機反撲，獲得功效的最大化。
今年美國的艦艇連續4次發生撞船事故，幾乎都是人為因素引起的。而第四次事故損失最大：美國導彈驅逐艦麥肯恩號在新加坡東面海域與一艘郵輪相撞，造成至少5人受傷，10人失蹤。可以説，美國海軍顏面掃地，所以對事故原因的追蹤至今密級很高，公眾無從知曉。但作為人因工程方面的科學家卻在思考追問，以便讓中國的艦艇不犯這一類的錯誤。
為什麼艦上的裝備這麼先進，監測手段也多，自動化的程度高，還無法避免這些重大的事故？而且美國的國防部在人因工程方面已經採用了強制的標準，良好的設計已經避免了更為惡化的狀態。
據陳善廣分析，從現有情況來看，可能存在人機功能的分配不當、人機協同不暢、艦員生理和心理的疲勞、指揮判斷和決策失誤、組織和管理鬆懈等人因問題。當然“驕兵必敗，是顛撲不破的真理”。
他還舉了一例：1988年兩伊戰爭時期，美國導彈巡洋艦文森斯號把一架民航飛機擊落了，290個無辜生命灰飛煙滅。原因是什麼呢？
陳善廣為大家覆盤了災難發生的關鍵導火索：一年之前美國的另外一艘艦艇在波斯灣戰爭期間遭到敵方戰機的轟炸，當時沒做出反應。文森斯號這個決策者一看到有一架飛機向自己飛過來，聯想到上次兄弟艦艇吃的虧，就慌了，以為是敵國一架執行攻擊任務的F-14戰鬥機，“這是信息在傳遞過程中丟失，決策者認知負荷過重導致的判斷失誤”。
由此可見，人的因素在事故發生中起到了至關重要的作用。再比如，國際上包括民機和軍機在飛行或試飛過程中，機毀人亡的事故還很多。究其原因，人的因素佔65%以上。
而航天的風險更大，美國的挑戰者號和哥倫比亞號兩次失事讓14名航天員失去生命。挑戰者號低温下發射、哥倫比亞號泡沫脱落問題早有發現，深究其因，帶問題發射暴露出NASA重大的決策失誤。還有蘇聯的慘劇：聯盟11號，返回着陸前爆炸螺栓意外點火，壓力平衡閥提前打開，氧氣泄露減壓，導致沒穿壓力防護服的航天員喪命。
陳善廣指出，在慘劇的襯托下，阿波羅13號的超絕表現已被歷史銘記。他們登月途中，發生了服務艙的氧氣罐爆炸，3位宇航員急中生智，採取了一系列正確自救步驟，用當時的登月艙作為救生艇，最終安全返回地球。“出現問題後，如果設計中充分認識了人的作用，人的決策在太空中是非常重要的。”陳善廣説。
“歐洲對1980年~2009年歐洲27個國家主要軌道交通線路發生的重大事故進行分析發現，導致事故發生的人為因素佔了74%。中國學者通過對國內外城市軌道交通運營過程中153起事故數據進行調查，結論是人為因素引發事故的比例為51%。”北交大軌道交通控制與安全國家重點實驗室的方衞寧教授覆盤了2011年甬温線的7·23事故。
當天的20點22分46秒，D3115次列車與系統和調度員失去聯繫。24分，調度員確認永嘉站的D301次列車發車前往温州南站，26分12秒調度員得知D3115失蹤。按照比較穩妥的辦法，他應該通知D301停車。但他卻先用了兩分鐘去搜尋失蹤列車，等他獲知失聯的車無法啓動和具體位置後，再緊急呼叫後車剎車，一切都晚了。30分05秒慘劇發生。
與會的一位核電專家沉痛地説，“反思三里島、切爾諾貝利、福島核泄露慘劇，人禍問題比高鐵有過之而無不及”。他以三里島為例，操縱員愛德華面對人類第一次核芯融毀的情況，方寸大亂胡亂操作，不僅沒有抑制問題，反而加重了事故後果。
他説，我們搞人因研究的，就是要從“看起來很多倒黴事湊在一起了”的事故過程中，發掘風險的關鍵，而不是簡單地批評和處理操作員。
因為，經驗反饋也是財富。
正所謂，損失越慘重，傷痛越深，“人為失誤”的研究就越迫切越重要。比如三里島核泄漏事件的操作者後來成了教員，不斷培訓新人，講解和反思事故，讓後輩吸取教訓。
“不是技術先進了，集成了豪華了，整體效果就好了”，人類在裝備崇拜、武器崇拜、技術崇拜這方面曾經吃盡苦頭，也做了很多反思。為什麼美歐會對人因工程如此重視，列入法案呢？
方衞寧解釋，在二戰時，美國飛機用了當時的最新技術，儀表盤非常多。結果動不動就自己掉下去，造成了非戰鬥減員。這是什麼原因？“是因為機器與人的能力不匹配，儀表盤多了，報警的項目多了。人的信息處理能力有限，數據過多過濫讓飛行員無法應付，分散了注意力，結果適得其反”。
越是走在科技前沿的科學 越不會文過飾非、諱談失敗
“神舟七號出艙的時候，艙門開了一個縫兒又關上了。我的心咯噔一下，地面人員都很着急——這就是我們平時實驗的時候，無法完全模擬太空微重力環境，艙外服的操作工效沒法完全摸清造成的。最後翟志剛在同伴的幫助下借用了工具還是把門打開了。這件事也告訴我們：相對機器、自動化的設備而言，人的作用是十分關鍵的。”
中國載人航天工程總設計師周建平院士在追溯航天人研究人因的歷史時，揭秘了當年的“險情”。
越是高科技行業越是走在科技前沿的科學，越不會文過飾非、諱談失敗，已經宣佈進入中國空間實驗室時代的載人航天更是如此。
在會上，陳善廣坦率地講，中國航天今年也是不平靜的，長征三號、長征五號發射失敗，背後的問題正在反思。對於航天人來説，要時刻保持憂患，他説，我們深知：“一次成功不等於次次成功，成功不等於成熟”“結果完美不等於過程完美”。其實載人航天是在人的保障、天地協同、返回着陸等方面不斷總結經驗教訓中改進提高的。
不得不承認，中國製造在向中國智造過渡的歷史時期，阻力不可謂不大。與會的很多專家反映，決策管理層只重視技術與硬件產品本身的先進性，只看到一個勁兒地往前走，把技術搞得越先進越好，忘記了人的問題。工程專家意見過於強勢，而忽視了人因要素，後果很嚴重。
雖然讓人認識一個問題是需要過程的。但中國的崛起太快、技術爆發性發展太快，“我們如果不重視人因研究，有可能就會成為中國人走出去、一帶一路發展的障礙。產品再好，沒有考慮到用户安全、使用的方便和習慣，就會喪失科技發展帶來的紅利。”方衞寧對中國青年報·中青在線記者説。
他舉例，軌道交通建設，是以市場需要為導向的。一箇中等的主機廠，一年的機車產量相當於南非一個國家30年的需求量。“我們先期投入那麼大，不走出去行嗎？”方衞寧反問。
然而，發達國家對車的人因指標要求很高，比如美國就有聯邦法規的規定。
中國的工程設計人員到了美國一看，發現美國某些機車、地鐵車輛質量沒有中國的好，對開發北美市場充滿信心。可是得意沒多久就被潑了一盆涼水：不是技術先進人家就讓你中標的。
參與這個項目的方衞寧對在美國落地之難深有感觸。“美國的項目，是過程管理，每一個指標、分析方法、測試流程和測試設備都要滿足美方要求，一個環節過不了關，就走不到下一步。由於我們的產品設計研發流程與美方不一樣，按照美方的要求，成本一下就加上去了。”比如，美國和澳大利亞等發達國家的鐵路用户非常注重司機的用户體驗，不管你的車有多先進，如果不滿足用户的使用習慣或者司機在體驗過程中感覺不適，司機所在的工會具有一票否決權，因此，在方案設計階段完成後，很多出口發達國家的鐵路車輛需要製作1∶1的模型供用户體驗評估，評估通過後，方能製造和生產。這與國內相比，增加了不少研發成本。
“我們的學費是交了，但它不應只屬於鐵路系統，中國走出去是一個整體。如果能讓更多的人重視人因環節的事先設計，就會減少彎路和不必要的損失了。”陳善廣説。
好在，相對於首屆人因工程大會200多名來自軍方和國家大工程的參會人員來説，一年以後的今天，良渚小鎮來了470人，更多工業設計的專家參與其中。院士也從9位擴展為15位。
同樣是中國的驕傲——高鐵。其頂層設計的設計者也把人因工程放在了重要位置。
中國科學技術協會副主席、中國鐵路總公司總工程師何華武院士，去年參加了首屆人因工程論壇，向與會者詳細地分享了高鐵的人因經驗。今年，他又來到第二屆論壇。他的講話，讓人們意識到中國高鐵的成功並不偶然，高鐵未來的發展方向將更加貼近以人為本。
何華武院士展望：高鐵客運現在達到每小時350公里，現在是人控為主，世世代代的鐵路司機都付出了極為辛勤的勞動，因為整個列車人員的生命安全都繫於他一身。下一步要實現在國際上領先的智能高速鐵路，標誌性技術非常多，其中之一是時速350公里的高速列車實現無人駕駛，有人值守。
公眾在享受技術發展帶來便利的同時，也必須忍受它的不便。這些中國科學家就是在不遺餘力地交叉探索，為公眾不斷逼近極限——既讓人的作用充分展示，也讓人更舒適更愉悦更安全。
畢竟，中國經濟經過30多年的高速發展後，產業結構正在經歷革命性的轉型，“一帶一路”“中國企業走出去”，這一切都在提醒大家，不能再無視人因工程學科的存在——它絕不是一個大工程項目的包裝紙，而必須走入核心設計環節。
正如國家自然科學基金委員會副主任、中科院院士沈巖所説，人的因素在工業生產中的重要意義和價值發現以及發揮它的作用，使得工業發展進入到一個新的更高的階段，人因工程不僅涉及工程技術問題，也涉及到基礎科學問題，比如對人的認識。
人是萬物之靈，認識人是人因工程的根本。中國工程院副院長、中國工程院院士樊代明以及中國工程院院士俞夢孫在報告中也都強調了要以系統觀來認識人的生理心理規律和健康問題。
“安全、高產、快樂都是中國夢的組成部分。人因工程關乎每個人。方便了每個用户，能讓老百姓有滿意感；採用人因理念的產品銷量好了，能讓工廠有獲得感、成就感。人因工程應進入國家戰略，要讓老百姓都聽得懂，都用到自己的領域中去。”空軍航空醫學研究所郭小朝建議。
陳善廣説，人因工程的本質，就是強調“以人為中心設計”的理念，讓科技迴歸以人為本的初衷，讓我們創造的世界使人們獲得安全感和高品質的生活。這樣才能改變經濟社會發展不平衡、不充分的現狀，從而服務於廣大人民日益增長的對美好生活的需要，這也十分切合新時代“以人民為中心”的發展觀。
中國邁向空間站時代 人因設計任重道遠
事前花一塊錢，犯錯後要付出100元的代價。之前的這一塊錢成本你願意付嗎？事實證明，很多人不願意。
願意為此支出成本的，往往是具有極大風險的行業。而無疑，中國航天走在了前面。這也是將人因工程的國家實驗室放在航天員中心的原因。
周建平介紹，1968年航天醫學工程研究所成立時就設立了航天工效研究室。經過這些年的載人飛行，航天員在太空中的作用越來越凸顯出來，人和機器的關係重要性，處理好人機關係，使人機融合在一起，現在成為工程設計中一個很重要的共識。
而事實上，人因工程的共識並沒有進入普通企業，也沒有飛入尋常百姓家。更多與會者反映的是，人因研究在目前企業的邊緣狀態。
在輿論漩渦裏盤旋的，在媒體之間反覆炒作的，是人工智能，是互聯網+，好像人類的未來，人類的現代化就是機器的現代化，就是阿爾法狗擴張到方方面面，而人，將會變成一段數碼，一種比特的存在。
難道人類祖祖輩輩披荊斬棘求生存求發展，目標就是要被一羣機器養起來？
本次論壇的專家們不斷強調的就是“人的能動性，人的不可替代性”。人工智能的核心就是人，也只能是人。
回到近期目標：2022年，我國計劃將空間站核心艙和實驗艙Ⅰ、實驗艙Ⅱ發射上天，屆時將實現航天員長期在空間站駐留，並進行各項科學實驗。其間將有多次載人飛行和貨物運輸，航天員要出艙工作。到2024年國際空間站退役時，中國可能成為全球唯一運營空間站的國家。
目標很近也很甜蜜。但過程並不甜蜜。
“我們已經到了空間站研製階段，但很多人因問題還沒有得到很好解決。工程研製如果不能提前充分考慮人因，等到出了問題再返工，代價就大了。”陳善廣這樣説。
空軍預警學院教授閆世強提出：“看我們各級指揮大廳的設計，大多是幾排計算機整整齊齊擺在前面。而美國、俄羅斯的指揮所是根據指揮員要求設計的，多個顯示屏依據人機交互設計。”他由此引申，軍改後，現在戰區、作戰體系的變化，要求各個指揮所的指揮程序和指揮界面設計，指揮員和作戰系統之間的交互，都要跟着進行改動，依據不同指揮席位進行人因工程設計。隨着作戰系統從單裝到體系，裝備體系的一體化設計與人因工程評估的問題凸顯出來，加強武器裝備系統特別是指揮控制系統的人因工程設計有很大的發展餘地，還應把藝術和人文理念更多地加入進去。
“設計是源頭。產品的品質是設計出來的。人因工程強調迭代式設計，更強調一次性把工作做到位。”陳善廣表示，什麼是人因設計？怎麼開展人因設計與測評？目前業界也沒有統一的認識和標準，還需進一步探討，並在實踐中不斷改進完善。
人因設計是本屆論壇的主題，強化人因設計對於提升人因工程地位和作用十分重要。陳善廣認為，我們既要充分借鑑先進國家的成功經驗少走彎路，又要有足夠的文化自信，因為中國傳統文化中的“天人合一”、“中和”思想、整體觀等與人因工程的理念很一致。尤其是我國當前正處在工業化發展最興旺的階段，人因工程恰逢其時，我們完全有能力在這個領域做出中國人的創新性貢獻，為我國從製造大國向製造強國轉變發揮重要的作用。載人航天具有引領與示範意義，理應走在前頭。
航天的人因研究從理論到實踐，涉及生物力學、心理學、工程學等方面，所以也讓國家大工程的許多領域能夠信手拈來，觸類旁通。但空間站是綜合國力的體現，空間站時代又需要國家方方面面的工程設計水平的提升。
景海鵬、陳冬在神舟十一號和天宮二號生活和工作了33天，是到目前為止中國在太空時間最長的人。而“空間站裏的工作人員中長期駐軌要180天以上，空間站就成了航天員之家。我們如何將它的設計達到家的水準呢？”陳善廣問。
而艙外設備的設計，如果不充分考慮航天員在太空中惡劣的環境，帶來的就不是簡單的不便問題了。比如艙外作業使用的手套，是充氣的且有多層防護，很明顯會影響航天員的觸感和操控靈便性。從國外的經驗看，艙外設備的設計讓航天員出艙維修時很不順手，這樣無形中拉長了航天員艙外工作的時間，也增加了他們的工作量和風險。
同時，中國的空間站也將是未來人類和平利用太空的重要平台，肯定要進行科學研究的國際合作。一方面各國科學家會進入中國的太空艙一起進行科學實驗，太空艙也要在設計中加入適合他們文化背景與操作習慣的元素。另一方面兄弟國家也把自己的艙段發射上太空，與中國的太空艙對接，這就要求有一體化的設計和統一的接口。
“國際合作也對我們的人因工程水平提出了要求，我們要做有預見性的設計。”陳善廣説。
會議討論通過了《發展人因工程，助推“中國製造2025”行動倡議書》，呼籲國家、行業、高校、企業及人因專家通力合作，從國家政策、行業示範、學科建設、人才培養、成果轉化及應用等方面共同努力，促使人因工程研究和行業成果得到更廣泛的推廣和應用，提升企業管理人員和生產人員的人因學意識，改善低效率高風險的生產環節，並通過新興技術中信息的高效利用，提升企業和行業綜合競爭力，推動“中國製造2025”跨越發展。
論壇主席陳善廣指出，未來人工智能一定會更頻繁地走入我們的生活。我們將面臨的是兩個或多個超複雜的智能體之間的關係。未來人機關係將發生深刻變化，這不僅是科學的問題了，可能也是社會、哲學的問題。就像蘇格拉底曾説的：探索哲學不是為了讓我們在不確定的世界中找到確定的答案，而是讓我們在不確定的實際中如何確定的生存。
也許，對人的探索可以消除當今世界普遍存在的、由於現代化、互聯網崇拜而產生的機器異化、拜金主義等城市病，為那些對未來發展恐懼到焦慮抑鬱的人類開出良方。
“安全感是消除不確定性而獲得的，未來的發展，人造物的智慧提升必讓人類自己惴惴不安，消除不確定性使人—智能系統運行可預測可控制，是人因設計的重要的使命和目標。”陳善廣説。（堵力）