人因工程：未來30年「中國智造」助推器
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神舟九號與天宮一號手控對接示意圖。視覺中國供圖（資料圖片）
眾多院士專家都對人因工程表現出濃厚的興趣，認真傾聽，積極討論。
幾乎沒人知道自己如果暴露在太空中，作為一個失重的飛旋天體會是什麼感覺。
更沒人知道像玩電游一般，在寂寥的太空追逐捕捉目標，並抓獲它的感受。
但這些，劉旺知道。
劉旺是航天員中最神秘和低調的一個。2012年6月24日，劉旺手動控制神舟九號飛船完成與天宮一號的交會對接——成為人機交互最和諧完美的人類佼佼者。
航天科技人才薈萃的中國航天員科研訓練中心人因工程重點實驗室，近日在深圳主辦了首屆中國人因工程高峰論壇。來自航天、航空、核電、高鐵、互聯網、醫療、科研、製造等領域的中國最高端科技專家，就人因工程如何運用到各自科研領域進行了探討。
他們認為，中國的科技經過幾十年的追趕，已經取得了卓越的成就，在中國目前處於2.0、3.0的工業混搭狀態下，系統化地加入對人的極限和適應能力的研究，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，必將助推中國科技的躍遷。
人因工程不僅將挑戰工業4.0，更要迎接未來30年的中國科技大爆發。
人因工程，院士也著迷
人因工程這門學科在大多數人眼裡，是陌生的。
蘋果手機容易滑落，容易被摔碎，我們加個套子。
小孩飯前洗手不便，在一些餐廳就有低矮的洗手池。
藥品說明書老人看不清，我們就用膠囊殼做成放大鏡。
汽車導航你想知道路的時候它不講，你心裡有譜的時候它喋喋不休。我們就是要讓導航在你恰好需要的時候，傳出信息，把你指引到目的地。
……
首屆論壇主席、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開壇首講中，以人們的親身體驗來引入人因工程的概念。因為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。
根據國際學術界當前定義，人因工程學是研究系統中人與其他要素之間的交互關係的學科，並運用相關原理、理論、數據與方法開展系統設計以確保人員安全健康舒適及系統性能最優。這門學科歐洲稱之為工效學，日本稱之為人間工學，相近的學科還有人機工程學、工程心理學,以及我國建立的人-機-環境系統工程理論等等。
它涉及範圍很寬，既有高大上的國家重器，精密複雜的宇宙飛船、核工業、戰鬥機的設計，也包含我們日常生活的雞毛蒜皮。
簡單地說，就是研究人、機和環境的關係，讓他們達到最佳的匹配。學科誕生以後一直被發達國家高度重視，運用到國家科技、經濟的方方面面——國際空間站建設、波音飛機的全數字化設計、哈勃天文望遠鏡的修復、高速列車的設計等諸多方面都有人因工程的貢獻。
陳善廣指出，人機關係本質上是人人關係，因為機器是人設計的，必然會打上人的烙印。人機關係表現在工程研製上就是設計者與使用者之間的關係，是對立統一的辯證關係。現實中，設計者經常把自己當成使用者，而使用者經常抱怨設計者未能滿足其要求，人因工程架起了溝通和解決這一問題的科學橋樑。
互聯網創業者們最講究產品交互設計。阿里巴巴的首席技術官王堅也參加了首屆人因工程論壇。
不過，人因工程當然不只限於「比特世界」的人機交互，人因工程師也不只是一個產品經理。人類真正的尖端科技必須在物理的「原子世界」實現偉大的突破創新，藉助「軟科技」經驗在「硬科技」里進行人機交互、人人交互的研究設計，才是人因工程的根本使命。
這是一門非常龐大也與其他學科緊密交叉的學科，因此，本次會議吸引了9位兩院院士，70餘家頂尖科研院所及企事業單位代表200多人參加，中國的科學家們已經意識到了這門學科的重要性。
高鐵強大競爭力，人因工程是關鍵
「如果人的因素考慮不周，不僅會使系統效能降低或失效，而且會導致人員健康問題甚至傷亡。」陳善廣用兩個災難故事對人因工程做了剖析。
故事一：1988年7月3日兩伊戰爭結束前，伊朗IR655號民航班機被美國海軍的導彈巡洋艦文森斯號（USS Vincennes）擊落，290名乘客和機組人員全部罹難。當時文森斯號正在伊朗水域內，發現飛機時分析原因，把民航機上升誤判為俯衝從而當作敵方戰機，再加上艦上士兵高度緊張，導致慘案發生。
故事二：1971年6月，蘇聯的聯盟11號著陸前因返回艙泄漏減壓，3名航天員由於沒有失壓防護全部死亡，此後航天員在上升和返回階段被要求必須著艙內航天服。
「超級複雜的系統會給人帶來麻煩，一個很細小的錯誤操作，就會導致一系列錯誤，鑄成大錯。」他說。
探討人因工程的重要性，專家們都是從問題入手，從災難預防開始研究。中廣核集團副總工程師任俊生首先談到人類核能利用的三次慘痛教訓：美國三里島核泄漏，蘇聯切爾諾貝利核電站的慘禍和日本福島核危機。「很多人誤以為福島危機是地震引起的，不可避免。其實不對，福島核泄漏既是天災也是人禍。」
安全大如天。任俊生認為災禍的啟示就是，不要埋怨地震天災，核電站最終還要「在人的因素上進行考慮，從系統設定上避免錯誤」。核電安全無止境。中廣核去年成立的核電安全監控技術與裝備國家重點實驗室,包含「人機交互與防人因失誤技術」等人因工程研究方向。
高鐵現在成了最便捷的交通工具，幾乎成為人們出行的首選。「7·23」甬溫線特大鐵路交通事故曾重創高鐵的發展。但現在呢？中科院院士、中國鐵路總公司總工何華武跟與會專家交流了高鐵發展的現狀。
他介紹，中國的國情、氣候、地形決定了中國高鐵的複雜性。法國的高鐵是巴黎到馬賽一條，英法海底隧道一條。日本的新幹線在比較狹小的國土上，而中國的高鐵是一張大網。運輸上的複雜性，各種各樣的天氣地理上的複雜性不言而喻，哪一個子系統出了問題都會車毀人亡。
在東北哈大線上，面對高寒，脆硬的鋼軌，中國高鐵仍能行駛到350公里/小時。
當有人問：黑客把高鐵系統的網路信息毀了怎麼辦？何華武斬釘截鐵地回答：「中國不怕，有備手。」
蘭州到烏魯木齊，普通火車都被大風吹翻過，地殼活動頻繁。高鐵怎麼辦？何華武解釋，他們建立了地震監測預警系統，利用地震波縱波橫波的時差，採取斷電的辦法，讓火車減速停車，避免人員傷亡。他透露，現在中國有11列「黃色醫生列車」，10天到15天監測一次，保證整個系統的安全。
何華武其實是告訴與會者，中國高鐵的人性化設計和強大競爭力，正是從人因工程角度進行了全面系統的設計。
華龍一號進英國，人因評測先過關
美國科幻大片《地心引力》曾讓很多中國人激動。因為女主角最後的一線生機，是坐上了中國的神舟飛船。不過，電影也有一個暗示，美國的返回艙是人性的、舒適的、現代的。俄羅斯的飛船也很寬敞，物資豐富。而救了她命的中國神舟艙內狹窄、沒什麼舒適度可言。當穿越大氣層時，這位女宇航員經歷了噩夢般的身體感受，我們的返回艙就像一個黑黢黢的鐵蛋砸回了地球母親懷抱。
這也許就是中國製造給外國人留下的印象——能達到目的，但不講舒適不講審美。
從本次深圳的人因工程大會組委會的初衷看，發展人因工程的目的，就是要打破在軍事裝備研製、日常生活用品研發領域，「人適應機」的傳統設計思想，將以人為本、「機適應人」提到核心位置。
國家「973」首席科學家、C919飛機常務副總設計師陳迎春指出，國產大飛機在設計的一開始，就強調駕駛員的舒適性。記者曾先後體驗國產飛機運十和C919的駕駛艙。很明顯，運十是給動作敏捷的戰鬥機飛行員開的，進入駕駛座很不方便，記者的頭被碰了兩下。而時隔30年，商飛的C919駕駛艙寬敞漂亮，操作屏幕清晰，讓外行人都能一目了然，方向盤也變成了不影響人進出的操作桿。其中可以充分看出設計者對駕駛者的關愛與體察。
對人因要素的考慮，也是中國走出去戰略的一部分。比如代表中國產業走出去的高鐵，何華武院士說，在高速鐵路設計過程中，他們就在不斷吸收人因工程學的先進理論。
以高速列車司機室為例。在他們眼裡，火車司機是產品的體驗者，要把司機的操縱台、座椅、視野等要素充分納入設計過程，要可靠、舒適，還要美觀。為了降低駕駛疲勞，他們要求高鐵司機每工作兩小時必須休息，司機座椅寬闊，能方便下肢伸縮。為了提高可靠性，他們刪除了冗餘設計，操作台界面分成不同的功能區，標識清晰可變，還在主手柄中設置了防止誤操作和誤碰的裝置。
再比如，中國自主三代核電技術、華龍一號正在向海外出口，落戶英國布拉德維爾。科技人員去了英國，人家首先問：你們人因測評的結果怎麼樣？如何降低人因問題的負面影響？據任俊生介紹，解決人的問題是核電安全非常重要的環節，提升人機交互才能增加核電安全屏障的可靠性。
華龍一號的人員培訓是非常嚴苛的，成為操作員要4年，升格為高操作員，起碼7年。上崗人員每隔一段時間都要去模擬機練習。因為反應堆18個月換一次料，如果一個人一直都沒機會進行操作訓練，他的上崗許可證就要吊銷。任俊生羅列的華龍一號安全保障指標都直指災難：堆芯損壞概率，抗震等級、大自由容積抗大型飛機撞擊的雙層安全殼，還有就是吸取福島核事故反饋而設計的多樣化電源與水源保障措施，以及乏燃料廠房的監測措施。
如何以人為本，降低危險指數？各方專家不約而同地提到了航天經驗。「航天員是人類最優秀的精英，他們的幕後英雄也是真正的最強大腦、國家脊樑。」國際宇航科學院院士、北京理工大學生命學院院長鄧玉林教授告訴記者，人類不熟悉的失重，還有非常嚴苛的難以預料的惡劣環境等待他們，所以如何設計便於航天員執行任務的工作界面，如何保障他們圓滿完成使命，各國都會投入大量的經費、人才進行研究。隨著中國經濟高速發展，以人為本的理念正滲透在各個領域。而中國載人航天這些圍繞研究航天員而形成的成果、數據非常豐富，完全可以將之運用到更大眾化的應用領域當中。
航天員劉旺和他的對接手柄
航天人因研究，更多涉及人類在極限環境下的狀態、能力、安全研究。
據報道，當天中午，神舟九號飛船開始自主接近天宮一號，隨後保持140米距離。12時38分，飛船轉入手動控制，12時42分，劉旺控制飛船與天宮一號對接環接觸，8分鐘後對接機構成功捕獲。隨著對接鎖鎖緊，天宮一號與神舟九號形成一個組合體，手控交會對接順利完成。
其難度是常人難以想像的。
劉旺要對抗不同於地球的失重環境，他要在規定的時間裡，以較少的燃料消耗高精度地完成兩個高速飛行的航天器對接。
陳善廣當時是航天員系統總指揮兼總設計師，他對媒體說，由於兩個高速飛行的航天器質量都很大，要求手控操作十分精細，對航天員的空間位置判斷、手眼協調、多信息並行處理等能力要求很高。首先，交會對接的手控系統設計必須滿足人的生理心理要求。為此，人因工程實驗室開展了大量的實驗研究，包括航天員的認知特性、靶標設計、手柄的操作極性等，為工程研製部門提出了幾十項重要的工效改進設計建議並被採納。另一方面，為了滿足任務要求，航天員在地面接受了正常模式和故障應急模式下的手控操作訓練，達數百次。 在執行任務前，飛行乘組要完成上千小時的針對性訓練任務。
正如中國工程院院士、中國載人航天工程飛船系統原總設計師戚發軔對中國青年報·中青在線記者所說，早在1992年， 國家載人航天工程專門設立航天員系統，設立了工效學的要求與評價分系統，充分考慮人的因素。
進入宇宙，步步驚心。如果實施對接的航天員沒有極強的心理素質和身體上的抗干擾能力，一個小的錯判，或者誤操作，就很可能導致大的問題或者任務失敗。1968年10月，蘇聯航天員別列戈沃伊駕駛「聯盟3號」和「聯盟2號」飛船對接，兩飛船自動接近、手動對接3次，因指示燈設計有誤，加上判斷差錯耗盡了燃料，最終未能實現對接。
他們知道，即使航天員由於緊張手出汗了，也會降低操縱按鈕的敏感度，從而降低對接的成功率。據人因工程重點實驗室副主任王春慧介紹，飛機有試飛員，而在交會對接之前，我們的研究人員和航天員都沒有過這些經歷。對長期飛行下，失重、震動、極端溫度對人的認知能力會否受影響，他們做了各種各樣的試驗和高強度訓練與考核，做了一萬多人次的實驗，建立了模型。
上天飛行前，劉旺在各項指標的考評中，心理素質、操控能力評分是最高的，能在各種惡劣的環境中心理最穩定，達到人與機器之間的合一。最終，他在險惡的太空中「從容不迫」不負眾望，以手動對接第一人成為航天英雄。
2013年，「載人航天空間交會對接工程」獲國家科技進步特等獎，航天人因工程對保障人控交會對接等任務的成功完成發揮了重要作用。
「成功不等於成熟。結果完美並不等於過程完美。中國載人航天的輝煌背後也還存在著人因問題考慮不完善的地方，工程全線對人因還缺乏足夠重視，人因體系並沒有完全建立起來，作為航天人務必要保持頭腦清醒,要有風險意識。」陳善廣當時的思考為大會埋下伏筆。
人因工程助推中國製造2025
除了國家的軍工、高精尖的大項目，在陳善廣看來，人因工程能服務的領域非常寬廣，跨度極大。
正在到來的工業4.0時代包括兩大主題：一是智慧工廠，重點研究智能化生產系統及過程，以及網路化分布式生產設施的實現；二是智能生產，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用。這些都與人因工程高度交叉。對中國而言，中國製造必然在工業4.0時代升級到「中國智造」。
「人因工程面對的新挑戰也就是新使命。」陳善廣解釋，人-機系統的表現形式和關係發生了變化：人不出現在生產現場，變成「看不見的手」，從採集信息到大數據挖掘再到決策，實現新的生產方式。
他認為，人因工程是工業4.0的靈魂。中國雖然是全球第一的製造業大國，但是現代化、信息化水平區域發展參差不齊，標準化程度低，要跨越式邁進工業4.0，還必須大力發展工業3.0，補上工業2.0的課；從實現民族復興的角度看，這是難得的歷史機遇；機遇大，挑戰更大。
東南大學薛澄岐教授是國內複雜信息系統數字界面人機交互設計領域的先行者。在會上，他向科學家們演示了航天員腦控、眼控頭盔的設計，讓大家對航天的未來感嘆不已。
「體感交互方式被遊戲設計者充分應用，」很多遊戲迷帶著頭盔進行電子遊戲，而隨著可穿戴式人機交互新技術的發展，人與機器的結合將在越來越多的領域發揮重要作用。 「在信息化時代，複雜的系統已經逐步取代傳統的顯控界面，被廣泛應用到戰機船舶駕駛操縱、核電廠控制、戰場指揮、汽車駕控等各種複雜的人機交互系統和環境之中。」薛澄岐說。
人因工程在醫療康復領域也可大顯身手。天津大學生物醫學工程與科學儀器系的系主任明東向大家展示了人因工程理念指導醫療器材和康復訓練方面的培訓。一位名叫時軍濤的患者11年內4次中風，無法握筆。經過腦機介面的4個月訓練，她可以寫名字了，到第五個月，字跡已經很圓潤流暢了。
人因工程就是做到「天人合一」
陳善廣提出的人因工程助推中國製造2025的行動倡議，得到與會代表積極響應。
人因可靠性專家、湖南工學院張力教授認為，本次論壇首次雲集國內人因方面的頂級專家共謀中國人因工程發展大計，重視程度、層次和規格之高前所未有，是我國人因工程領域的重要里程碑。清華大學工業工程系主任李志忠教授表示，加強宣傳推廣，國家職能部門是關鍵。人因專家的培訓和認證體系建設也迫在眉睫，應設立專門的機構負責此事。
陳善廣表示，人因學科的很多方法不僅得到了美國國防部、美國國家航空航天局的青睞，也廣泛應用於民用飛機、汽車等製造行業，不僅提高了系統效能、減少人因差錯、確保安全性，而且能夠減少設計反覆、縮短研製周期、大大降低研發成本。這些價值需要被管理層、工程師和用戶真正認識。
作為特邀嘉賓的雕塑藝術家任軍，用屠夫與鐵匠的故事談了他對人因工程的理解：庖丁解牛解得好，不僅是因為屠夫對牛結構的理解和技術的熟練，還有個很重要的因素，是他的解牛工具是一把好刀，而打造這把刀的鐵匠也需對牛的結構和用刀的人了解透徹，才能打造出一把順手好用的刀。「屠夫與鐵匠就是人因工程使用者與設計者的關係吧」。
任軍還對陳善廣提出的人因設計應考慮人的審美需求的觀點很認同，他問科學家們：我們的產品與發達國家比起來到底哪裡不對？其實就是缺乏審美考慮。現代的產品體現的是科技與藝術的結合，內在功能與外觀設計的統一。
勞動創造了人，人用技術與大自然、宇宙進行交互，創造了不斷迭代升級的人類文明。從這個意義上說，人的本質是科技，科技的本質就是人。陳善廣在報告中說，「人是極為複雜的生命系統，人機系統由於人的參與更為複雜，人因工程反映了人類對客體和主體自身的認知水平」。
事實上，大到嫦娥計劃、空間站、火箭飛船，小到一個手機、放大鏡、一把刀，都是人通過技術與自然達成「心物一體化」，並不斷探索文明新境界的過程，人因是其中最活躍最本質的因素。中國文化中「天人合一」思想以及整體觀，滲透在中國的人因工程各環節。
這次深圳研討會的專家們一致認為，人因工程正在蓬勃發展中，中國人的智慧和文化一定會對這一學科的發展做出獨特貢獻，也必定助力中國在未來30年取得整體性科技大突破。
不過，不同意見的爭論、交鋒、碰撞，在人因工程這個高精尖又幾乎無限跨界的領域中很正常。白天一整天的頭腦風暴後，入夜的閉門會議仍然是唇槍舌劍……
這些來自中國科研一線陣地上的「大拿們」，總想著讓人因工程成為更多人的追求與共識，希望讓中國的工程師、設計師、企業家，甚至普通生產者，都能充分考慮自己產品對象的需求，把對人的關心，注入到每一件產品里。
陳善廣說：「我們有理由相信，人因工程會把一種優良基因，傳遞到我們國家上上下下各個領域中去。」
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