人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程與一些相關(guān)學科的關(guān)系

　　龍升照

　　(北京航天醫(yī)學工程研究所)

　　一、問題的提出

　　1981年，在著名科學家錢學森的親自指導下，一門綜合性邊緣技術(shù)科學——人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程(Man-Machine-Environment System Engineering,簡稱為 MMESE )在我國誕生。錢學森同志對這門新興科學給予了極高評價。他于1993年指出，“你們是在社會主義中國開創(chuàng)了這門重要現(xiàn)代科學技術(shù)。”[1]

　　人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程作為一門新興科學，它與一些相關(guān)學科有哪些聯(lián)系和區(qū)別，它的開創(chuàng)性究竟在哪里？為了回答這些問題，我們不妨先對國外相關(guān)領(lǐng)域的研究概況作一簡要敘述。

　　第二次世界大戰(zhàn)期間，各種新式武器不斷出現(xiàn)，性能也日趨復雜，人與機器的矛盾也日益尖銳。為了充分發(fā)人的作用，國外先后產(chǎn)生了一些研究人和機器相互關(guān)系的學科。美國有人的因素(Human Factors）、人體工程學（Human Engineering）、人的因素工程（Human Factor Engineering）、人-機系統(tǒng)（Man-Machine System）等眾多的學科名稱，西歐有工效學(Ergonomics)之稱，東歐有工程心理學（Engineering Psychology) 之稱。這些學科對于推動科學技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用。但是，由于它們的研究重點是讓人如何適應機器、適應環(huán)境，而對于機器的設計如何適應人的特點和需要，以及如何改造和控制環(huán)境等問題雖然有所認識，但是缺乏用系統(tǒng)的整體思路來全面解決人、機、環(huán)境的相互關(guān)系問題。雖然有了關(guān)于人、機、環(huán)境的各種數(shù)據(jù)，但如何運用這些數(shù)據(jù)，仍然是憑經(jīng)驗進行，因而難以取得最佳效果。1980年末，美國科學院應陸、海、空三軍的要求，組成一個專門委員會，著重分析和研究該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并于1983年1月提出了題為《人的因素研究需求》的專門報告[2]。該報告承認，20世紀70年代由于單純依靠過去20年的數(shù)據(jù)而放松了基礎研究，因而導致若干設計和研制的重大失誤。于是，對科研部署作了一些調(diào)整，但仍未擺脫傳統(tǒng)框框的束縛。直至1996年，美國國防部在它的《國防技術(shù)計劃》中還無可奈何地指出，“幾年來，已采集了大量的有關(guān)人體機能的數(shù)據(jù)，但是，這些數(shù)據(jù)既不能為設計集成界所利用，也很難找到并加以解釋。結(jié)果，‘(系統(tǒng)) 集成’ 總是要在設計過程后期完成，且其鑒定要依賴于昂貴的實物樣機。” [3]另外，美國的IEEE雜志也提供了一個很好的例證。20世紀50年代，該雜志有一種匯刊名為 IEEE Transactions on Human Factors in Electronics(電子學中人的因素)；60年代，該匯刊改名為 IEEE Transactions on Man-Machine System(人-機系統(tǒng))；70年代，該匯刊又與另一匯刊 IEEE Transactions on System Science & Cybernetics(系統(tǒng)科學與控制論)合并，改名為 IEEE Transactions on System，Man, and Cybernetics(系統(tǒng)、人與控制論)。該名稱一直沿用至今，并又將它分為3個部分(分卷)出版：Part A, System and Human(系統(tǒng)與人); Part B, Cybernetics(控制論); Part C, Applications and Reviews(應用與述評)。由此可見，雖然他們想從系統(tǒng)的高度來考慮問題，但又苦于沒有辦法。因此，他們對于如何來闡述這個十分復雜的研究領(lǐng)域，也顯得十分茫然。

　　應該強調(diào)指出的是，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程正是針對以上現(xiàn)實而提出。它的誕生雖然與人的因素、人的因素工程、工效學、人-機系統(tǒng)……等相關(guān)學科有關(guān)，并從這些學科中汲取了豐富的營養(yǎng)，但它高于這些相關(guān)學科。它不但包括的內(nèi)容更泛(尤其是環(huán)境因素的考慮)，而且更是特別強調(diào)從系統(tǒng)總體的更高層次來處理問題。

　　牛頓曾經(jīng)說過，“假如我能比別人了解得略為遠些，那是因為我站在巨人的肩膀上。” [4]同樣，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的提出，并不是對其他相關(guān)學科的否定或取代，而是要把這些大致相近或相輔相成的研究范疇提到一個更高的層次、更廣的視野去分析和綜合，從而把人們的認識水平推進到一個嶄新階段。

　　正是基于上述事實，本文重點在于闡述人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程與一些相關(guān)學科(如工效學、人-機系統(tǒng)和環(huán)境醫(yī)學)的聯(lián)系與區(qū)別，并不斷汲收和借鑒其他相關(guān)學科的研究成果，從而加速人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程理論及應用的蓬勃發(fā)展。

　　二、與工效學的關(guān)系

　　工效學(Ergonomics)是第二次世界大戰(zhàn)以后發(fā)展起來的一門科學。工效學的英文名稱是Ergonomics.這個詞是由希臘詞“ergon”(即工作或勞動)和“nomos”(即規(guī)律或規(guī)則)復合而成。因此，工效學可以定義為是研究人的工作規(guī)律的一門學科。它的早期研究主要集中于人體測量和人的生物力學特性。后來，其研究內(nèi)容有所擴展。它目前已包含了有關(guān)人的能力、人的局限性等方面的內(nèi)容。而且，美國已將人的因素（Human Factors）與工效學(Ergonomics)等效使用。[5] 

　　為了闡明人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程與工效學的關(guān)系，我們茲將人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的研究內(nèi)容作一簡要敘述。

　　眾所周知，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的研究內(nèi)容主要包括7個方面(見圖1)：①人的特性的研究；②機器特性的研究；③環(huán)境特性的研究；④人-機關(guān)系的研究；⑤人-環(huán)關(guān)系的研究；⑥機-環(huán)關(guān)系的研究；⑦人-機-環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究。[6]

　　從人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的研究內(nèi)容可以看出，人的特性的研究與工效          學的研究內(nèi)容有很大聯(lián)系。很顯然，為了對人-機-環(huán)境系統(tǒng)的總體性能(安全、高效、經(jīng)濟)進行分析、設計與評估，首先就必需對人的特性有充分的了解，也即必需從工效學或人的因素角度對人的特性進行全面研究，只有這樣，才能實現(xiàn)人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的基本目標。

　　人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程與工效學的最大區(qū)別在于，它是從系統(tǒng)總體的高度來處理人、機、環(huán)境三大因素的關(guān)系，而不單獨強調(diào)人的因素或工效學要求的最優(yōu)化。這是因為，按照人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的觀點，單個因素優(yōu)良，并不能確保系統(tǒng)整體性能的優(yōu)良，系統(tǒng)的各個要素都要按系統(tǒng)的總體性能進行規(guī)化，有的指標甚至要作出一些讓步。[7]美國阿波羅登月艙的設計就是一個明顯例證。[8]最初的設計方案，兩名航天員是坐著的，即使開了四個窗口，航天員在座位上的視野也非常有限，如果以傾斜姿態(tài)下降登月，航天員將不能直接看到著陸地點的情況；如果要垂直登月就更看不到月面情況，所以這個方案既不安全工作效率又不高，而且登月艙也重。其后足足花了兩年時間也未找出一個理想方案，大家都為這些問題沒有得到解決而苦惱，爭論也相當激烈。一位工程師則抱怨說，航天員座位太重、占的地方太大！另一位工程師馬上接著說，登月艙從母艙下降到月面大約只有一小時或更短些，為什么非要坐著？！就不能站著進行這次短途旅行嗎？出人意料，這個牢騷卻為一種新的設計方案打開了思路，當即大家同意“站著”的方案。這樣，航天員可把眼睛貼近窗口，既縮小了窗口面積，又擴大了視野，整個座艙的重量也減輕了。這真是一個安全、高效、經(jīng)濟的設計方案。這個例子告訴我們，人并不一定要處于“最佳”工作狀態(tài)，他從系統(tǒng)的一個局部稍許作點“讓步”，就換來了系統(tǒng)整體的極大優(yōu)越性。但是在這個時期，由于沒有人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程理論作指導，人們只是從人的因素(工效學)的角度來滿足人的工作要求，缺乏從系統(tǒng)總體來考慮問題，因而使設計工作走了彎路。因此，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程既強調(diào)從工效學(也即人的工作規(guī)律)的角度獲得有關(guān)人的特性的各種數(shù)據(jù)，但更強調(diào)從系統(tǒng)的總體高度來利用這些數(shù)據(jù)，從而使人-機-環(huán)境系統(tǒng)滿足“安全、高效、經(jīng)濟”的綜合效能。

　　在我國，有些學者將Ergonomics 一詞翻譯為“人機工程學”或“人機工程”。[9]

　　三、與人-機系統(tǒng)的關(guān)系

　　人-機系統(tǒng)(Man-Machine Systems)是研究人與機器相互作用的一門學科。[10，11]人-機系統(tǒng)的研究內(nèi)容與人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程中人-機關(guān)系的研究內(nèi)容有許多交叉(見圖1)。但是，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究與人-機系統(tǒng)研究存在很大區(qū)別，主要表現(xiàn)為兩個方面：

　　第一，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究首先特別強調(diào)機(包括工具、機器和計算機)的設計要符合人的要求(也即“機宜人”)，然后再強調(diào)通過選拔和訓練使人去適應機器(也即“人宜機”)。但是，人-機系統(tǒng)研究卻主要著眼于“人宜機”方面。1996年的美國《國防技術(shù)計劃》指出：“人-機系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域薈萃了人體科學、生理學、生物學、行為科學以及生物工程學等學科，涉及人在作戰(zhàn)活動中的方方面面。……人-機系統(tǒng)技術(shù)提供了保證恰當?shù)剡x拔、訓練、裝(配)備和保護能適應(作戰(zhàn))發(fā)展趨勢的所有部隊人員所需的機會和技能。” [3]由此不難看出，人-機系統(tǒng)的研究重點是側(cè)重在“人宜機”。

　　第二，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究特別強調(diào)將環(huán)境因素作為一種積極的主動因素納入系統(tǒng)之中，并成為系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)；人-機系統(tǒng)研究則將環(huán)境作為一種干擾因素而置于系統(tǒng)之外，其結(jié)果將會導致嚴重后果。例如，據(jù)英國媒體報導，[12]英軍于2001年秋，在阿曼舉行了一次歷時3個月、代號為“快劍”的軍事演習，以檢驗英軍的運征作戰(zhàn)能力。其結(jié)果為：“挑戰(zhàn)者二型”坦克僅投入戰(zhàn)斗4小時就因過濾器被沙塵堵塞而拋錨，一半坦克不得不撤出戰(zhàn)斗；“山貓”直升機的轉(zhuǎn)軸葉片在歐洲氣候條件下工作壽命為500小時，而在沙漠中只能維持27小時；……士兵的軍服和軍靴，由于酷熱而熔化解體，有人因此而足部潰爛。據(jù)此可見，只有將人、機、環(huán)境三大因素進行綜合考慮，才能確保系統(tǒng)的優(yōu)良性能。而且，只有把環(huán)境作為系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，才能從系統(tǒng)的總體高度對環(huán)境進行全面的規(guī)劃與控制，有的可以消除，有的可以防護，有的可減至允許限度，有的可獲取最佳值，從而使全系統(tǒng)處于最優(yōu)工作狀態(tài)，這就從根本上杜絕了那種先出產(chǎn)品后治環(huán)境，或在管理工作中頭痛治頭、腳疼醫(yī)腳的被動局面，使人們的生產(chǎn)實踐活動始終沿著科學的道路前進。

　　四、與環(huán)境醫(yī)學的關(guān)系

　　環(huán)境醫(yī)學(Environment Medicine)是研究環(huán)境因素對人群健康影響的一門學科。[13]它以環(huán)境和人群健康為對象，闡明環(huán)境中存在的對人體系健康有害的因素，揭示環(huán)境污染、破壞及致病因子的形成條件和對人體作用的規(guī)律與損傷的早期反應及危害。從圖1可以看出，環(huán)境醫(yī)學的研究內(nèi)容與人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程中人-環(huán)關(guān)系的研究內(nèi)容有些類似。但是，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究與環(huán)境醫(yī)學研究存在兩個明顯區(qū)別：

　　首先，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究所涉及的環(huán)境變化范圍比較寬廣，并將環(huán)境因素對人的影響劃分為四個界限：舒適限、工效限、耐受限和安全限。而環(huán)境醫(yī)學研究則致力于尋求環(huán)境因素的致病條件，它更多地是在耐受限和安全限范圍內(nèi)考慮問題。因此，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程能站在更高的角度、更廣的范圍來處理人與環(huán)境的關(guān)系。

　　此外，人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究特別強調(diào)復合環(huán)境因素對人的影響。眾所周知，人類總是生存在多因素同時作用或相繼作用的環(huán)境之中；而且，多種環(huán)境因素對人體的作用，會產(chǎn)生單一因素不能替代的復合效應，主要包括作為復合效應表現(xiàn)形式的交互作用(相加、協(xié)同、拮抗)以及人體反應。因此，研究多種環(huán)境因素對人體的復合作用，對于闡明人與環(huán)境的關(guān)系、環(huán)境因素對人體的作用特征與規(guī)律，不僅更符合客觀的存在，而且更具有實際的應用價值。

　　五、結(jié) 論

　　毛澤東同志早就強調(diào)指出：“我們中華民族有自立于世界民族之林的能力”。我們深信，以人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程理論為指導，不斷汲取和借鑒其他相關(guān)學科的研究成果，不僅能夠逐步完善人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的理論體系及研究方法，而且可以極大推動人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的廣泛應用。這不僅對中國，乃至對世界科學技術(shù)的進步，必將作出積極貢獻！

　　參 考 文 獻

　　1. 錢學森同志對《人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究進展(第一卷)》的評語(代序). 見:龍升照主編,人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究進展(第二卷). 北京:北京科學技術(shù)出版社，1995

　　2.Research needs for human factors. U.S. National Academy Press, Washington, D.C.,1983

　　3.美國國防部國防技術(shù)計劃. 中國國防科技信息中心，1996

　　4.李德濱編著. 成功的“秘訣”---科學發(fā)明趣話.北京：中國青年出版社，1980

　　5.Alphohse Chapanis.Human factors in systems engineering. Wiley Press,1996

　　6.龍升照.人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程理論及其在生產(chǎn)力發(fā)展中的意義. 見:龍升照主編,人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究進展(第一卷). 北

　　京:北京科學技術(shù)出版社，1993

　　7．龍升照.人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程理論在科學技術(shù)發(fā)展中的地位及應用前景分析. 見:龍升照主編,人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究進展

　　(第四卷). 北京:海洋出版社，1999

　　8. 商平安. 一語點破——阿波羅設計趣談. 航天，No.3,1981

　　9. 賴維鐵.人機工程學(第二版).武漢:華中理工大學出版社,1997

　　10. Thomas B. Sheridan. Man-machine systems: information, control and decision models of human performance. MIT

　　Press, 1974

　　11.William B. Rouse. Advances in man-machine systems research.

　　12.李慶慶. 英軍裝備怕進沙漠. 中國電視報(國際節(jié)目版),No.16,2002

　　13.蔡宏道,魯生業(yè)主編. 環(huán)境醫(yī)學. 北京:中國環(huán)境科學出版社，1990

　　【作者簡介】龍升照 男,漢。1942年11月5日生。江西吉安人。1965年上?？茖W技術(shù)大學自動化系畢業(yè)。航天醫(yī)學工程研究所工效學研究室原主任、研究員、博士生導師，中國系統(tǒng)工程學會人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)委員會主任，北京市海淀人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究會理事長。1981年,在著名科學家錢學森的親自指導下,與陳信研究員共同創(chuàng)立了人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程理論。1982年,根據(jù)人的思維特點,用模糊邏輯方法,創(chuàng)建了人的模糊控制模型。1986年8月至1987年8月,赴美國Tufts大學進行研究和進修。1993年1月被國務院授于享受政府特殊津貼證書。1993年10月，籌備組建了中國系統(tǒng)工程學會人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)委員會，并于1993，1995，1997，1999和2001年分別主持召開了第一、第二、第三、第四屆和第五屆全國人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程學術(shù)會議；與此同時，還于1998，2000，2002年分別主持召開了第一、第二和第三屆全國人的可靠性和人-機-環(huán)境系統(tǒng)可靠性專題研討會。

　　作為項目負責人,已獲國家科技進步三等獎1項、 部門科技進步一等獎1項、部門科技進步二等獎2項、部門科技進步三等獎6項。代表性著作有《人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程學》, 并主編出版了《人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究進展》第一、二、三、四、五卷。國內(nèi)外公開發(fā)表論文60余篇。

　　（文獻來源：《人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程研究進展(第六卷)》，海洋出版社，2003）