智能向善：人因工程让高科技服从人类指挥棒

　　——2024人因工程与智能系统交互国际会议观察

　　编者按

　　人因工程是什么？它与我们的日常生活有何关系？在太空中，航天员的衣食住行、在轨科学实验，包括空间站舱外机械臂与航天员联合执行任务，都离不开人因工程的支持。在我们身边，医疗康复机器人、无人驾驶汽车和手机屏幕界面等都有人因工程的影子。仔细观察就会发现，人因工程远在天边近在眼前，浸润着人类生活的方方面面。

　　如今，我国载人登月计划已开始实施，更多复杂的航天作业即将展开。脑机接口作为一种人机联合探测新模式，能够提升航天任务的探测能力，成为载人航天未来发展新方向。未来，人因工程在科技发展和工业化道路上将发挥越来越重要的作用。

　　人因工程小贴士

　　人因工程是因工业化而诞生并随着科技进步与工业化水平的提升而不断发展的一门综合性交叉学科。它综合运用生理学、心理学、人体测量学、生物力学、计算机科学、系统科学等多学科的研究方法和手段，致力于研究人与系统其他要素之间的相互关系和影响，最终使系统实现安全、高效、宜人的目标。近20年来，在中国载人航天工程以及大型飞机、高铁、核电站等国家重大计划和专项的支持下，我国在人因工程学研究与应用方面取得了一批原创性理论和技术成果。

　　一个多月前，神舟十九号载人飞船发射取得圆满成功并与空间站组合体完成自主快速交会对接，两个乘组航天员会师太空。我国载人航天事业辉煌成就的背后，人因工程全国重点实验室发挥了重要作用。

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　　中国空间站如何满足航天员长期驻留需求，让他们更高效地工作、更舒适地生活？高铁的驾驶舱该如何布局、降低操作失误的风险？智慧住宅改造怎样实现高效自然互动，提供便利个性化服务、打造舒适安全的宜居环境？手机屏幕的界面设计怎样提升用户体验……

　　要回答这些或大或小的问题，绕不开一个词——人因工程。

　　人因工程是什么？2024人因工程与智能系统交互国际会议近日在深圳召开。多位中国科学院和中国工程院院士、来自国际工效学协会和多个境外工效学学会组织的顶尖研究者与国内人因工程领域专家走上讲台，围绕推动人因工程与智能系统交互发展、提升智造与工业化水平等展开讨论，助力培育新质生产力和经济高质量发展，也为大家进行了深入浅出的科普。

　　“人因工程倡导以人为中心，其实质是让科技成果惠及全体人民，增强人民群众的安全感、幸福感。”国际宇航科学院院士、人因工程全国重点实验室主任、中国载人航天工程原副总设计师陈善广解释，人因工程是研究系统中人与其他要素之间交互作用的学科，并运用相关原理、理论、数据与方法开展系统设计，以确保系统实现安全、高效且宜人的目标。

　　大到中国空间站、核电站等“国之重器”，再到医疗康复机器人、建筑改造，小到手机屏幕界面、阅读灯设计等，深入观察会发现，人因工程看似远在天边，实则近在眼前。在人工智能高歌猛进的过程中，它冷静地思考人与机器的关系，让高科技服从人类的指挥棒，于无形处守护人类安全、创造舒适生活。

　　人因工程目标：安全、高效且宜人

　　简单来说，一切由人制造的、有人参与控制或使用的产品/系统，都是人因工程的研究对象。这一学科的理念是“以人为中心，让机器适应人”，最终目标是确保系统安全、高效且宜人。

　　当我们为每天16次经过祖国上空的中国空间站自豪时，脑海中首先浮现的是英雄航天员，是巧夺天工的太空舱，是不断突破新技术的长征火箭……而隐身在这一切后面的人因工程，贯穿在航天员系统的每个环节，大众难以察觉。也因此，航天五院中国载人空间站系统的总设计师杨宏院士，多次到人因工程大会作讲座，本次则是主持人。

　　全世界进入太空的到目前不过数百人，国际空间站和中国空间站同时在轨运行，持续有航天员驻留。而空间特有环境因素，会给航天员的认知和操作能力带来很大影响。比如，失重会导致骨丢失、肌萎缩，降低人的运动操作能力，狭小空间、持续噪声以及昼夜时长变化，可能引起生物节律紊乱、睡眠问题和心理异常反应，影响人的认知。

　　中国载人航天一直把“万无一失”当作目标，而这沉甸甸的期望背后是什么科学理论和方法在支撑？

　　“太空环境异常严酷，必须处理好航天员、航天器、航天环境之间的关系，确保航天员在轨安全、舒适、高效地工作。这就需要上天所用产品及系统的设计既要考虑到人的局限性，也要考虑到人的优势，这是人因工程的核心内涵。”陈善广说，人因工程全国重点实验室这些年发现并协同解决了大量关键人因设计缺陷，提升了载人航天器防止重大人因失误设计水平，确保了中国空间站建造期4次飞行任务累计600余天航天员安全高效工作。

　　当航天员漫步于太空，在恶劣的太空环境中保护他们躯体的是身上的一个小型航天器——舱外服，此时能胜任他们“工作伙伴”的则是一个智能机器人——空间机械臂。人类走向深空，离不开机器；而若机器为王、替代了人，人又有什么意义和价值？

　　可以说，载人航天任务本身就是一次巨大的人因工程试验，人与机器完美协作才能在太空奏响人类勇气的赞歌。处理好人、机器和环境的关系，中国载人航天这些年一直将人因工程以人为本、智能向善的理念贯穿其中。

　　“人因工程是一种理念，也是一种方式方法，在载人航天领域运用得非常成熟，应融入工程设计全过程。”陈善广说。

　　水善利万物而不争。在陈善广看来，人因似水，你若需要，我便涌来，弥补你的不足、托举你向上；你若成功，我便隐于无形，不会争夺你的光辉。

　　陈善广及其团队2016年倡议发起首届中国人因工程高峰论坛，每年一届，连续8年的坚守，初心与情怀不变，持续推动人因学科在中国的发展。不仅航天领域，人因工程的涓涓细流已浸润至各行各业，以及人类生活的各个领域。

　　当高铁飞驰在辽阔山川，一枚小小硬币却能在车厢内的桌板上屹立不倒——这是不少外国博主在乘坐中国高铁时反复实验、展示的经典镜头。而这一场景在中国中车集团首席科学家王军眼里，就是运用了人因工程的理念，如此才能保证高铁的平稳快速运行。

　　作为实现我国高铁装备全产业链高水平自主可控的领军人，王军非常重视在列车设计过程中运用人因工程理念：“最大故障挑战和人为因素有关，驾驶舱要更智能，辅助好驾驶员。”因此，他们根据人因工程的原则优化驾驶舱布局，将各类操作设备、仪表的位置按照驾驶员的操作习惯和视觉范围进行合理放置，方便驾驶员在行车过程中快速、精准地读取信息并进行操作，降低操作失误的风险。

　　近20年来，在国家载人航天工程以及大型飞机、高铁、核电站等国家重大计划和专项的支持下，我国在人因工程学研究与应用方面取得了一批原创性理论和技术成果。这些成果于无声处护佑中国从大国重器到居家日常的安全，并不断拓展着人类能力的边界。

　　智能向善，人字当先

　　人因工程，“人”字当先，“以人为本”是其不变的理念。

　　关于人与机器的关系，人类早在18世纪末就开始思考这一问题。从蒸汽时代机器“解放人的体力”、电气时代机器“增强人的效率”，到信息时代“拓展人的能力”、智能时代“提升人的智力”，人机关系不断发生转变。

　　当世界高新科技向着智能时代高歌猛进时，人因工程大会则一次次警醒人们：人工智能是天使还是魔鬼？是科技带着人，还是人指挥机器？我们是像《摩登时代》中的卓别林一样在流水线上当一个螺丝钉或者“人肉电池”，还是要把领导权指挥权牢牢地掌握在人类自己手中？

　　站在此次大会的讲台上，中国科学院心理研究所研究员张警吁发问：“是不是智能产品一定能给人带来安全和更好的体验？”

　　他认为，在智能系统的设计中，如果不尊重人的特性，会导致严重的后果。比如，国外某知名品牌越野车的所谓智能挡位由于按键设计容易混淆，造成车祸不断，不得不大量召回。

　　这名心理学研究者在现场带大家重新审视了电影《萨利机长》：在完成了高难度的河面迫降之后，萨利机长竟然被抓了。直到把飞机残骸打捞出来才发现，萨利机长是对的。面对飞机双发失灵但系统只报告单发故障的极端危机，萨利机长凭借丰富的经验和冷静头脑，正确判断出飞机无法飞抵备降机场，必须在哈德逊河上紧急迫降。而如果跟随系统指令，只会让这架飞机上的人陷于危境。这再次凸显了“人”相对当前人工智能所体现的优势。

　　张警吁告诉记者，他现在的主要工作就是找到这些人擅长的特殊能力，通过人因设计把人的这些能力更好发挥出来，比如利用人对生物运动的自然感知能力来设计新的车外交互系统，利用外周视野信息低认知资源消耗的特点来保持自动系统乘员对环境的持续感知，等等。

　　拥抱新科技，但要“以人为本、智能向善”。第十三届全国政协副主席辜胜阻指出，习近平主席提出的《全球人工智能治理倡议》，为人工智能治理贡献了中国智慧和方案。

　　会议过程中，大会主席陈善广反复强调“以人为本”，在任何时候，人都是第一位的。机器要为人服务，而非喧宾夺主。

　　“人机关系在现代社会中的重要性不言而喻，它既是人类生活和工作的重要组成部分，也反映了人与人之间的深层次联系。”陈善广说，通过人因工程，设计者与使用者之间的联系更加紧密，产品的设计和优化更加符合人的需求和期望。

　　在他看来，未来，随着智能化水平的提升和人文需求的融合，人因工程将面临更多挑战和机遇。人与智能体间的合作范畴将从人智协同认知系统、人智协同生态系统走向人智共生社会系统。

　　人适应机，转向机适应人

　　第一届人因工程高峰论坛举办时陈善广曾预言，当前中国处于工业2.0与3.0的混搭状态下，系统化地加入对人的极限和适应能力的研究，加入“人-机-环境”的深度互动研究，加入对人的心理和情绪的全面关怀研究，必将助推中国科技跃迁。

　　当时他对这门学科的期待是，迎接中国制造2025，人因工程不仅将挑战工业4.0，更要迎接未来30年中国科技的大爆发。

　　如今，智能化、元宇宙、数字孪生进入千家万户。在工业领域，我国已建成全球规模最大、技术领先的网络基础设施，“5G＋工业互联网”加速融合，AI赋能制造业数字化转型，以机器视觉、数字孪生工厂、工业机器人等为代表的智能工厂建设都在加速。

　　中国工程院院士、浙江大学求是特聘教授谭建荣在演讲中指出，如今，实体经济数字化和数字经济实体化趋势不可阻挡。“我们要实现数字转型，首先要保证数字经济立足于实体经济。”

　　中国制造企业转型升级包括数字化制造、网络化制造和智能化制造。“人类有许多梦想，不是所有梦想都能实现。然而，一种技术却能使梦想在感知中实现，这就是虚拟现实技术。虚拟现实与设计技术的结合，是设计史上一场划时代的革命。”谭建荣说。他是实践派，一直在身体力行。

　　李德仁院士多次参加人因工程大会，2023年他荣获国家最高科学技术奖。面对记者“与上次讲的有什么不同”的提问，他神秘地伸出手指，“我带来了新东西”。

　　他带来了新研究成果——《论无所不在的时空智能》。他给大家报喜：人因工程在助力我国测绘遥感从传统向AI飞跃中发挥了重要作用。目前，我国拥有5G基站400万个、遥感卫星数量近300颗，已初步形成全天候、全天时、全球覆盖的高分辨率对地观测能力，实现了商用5G单基站室内环境下高精度高可靠定位，定位精度达到1-2米。这些技术已经广泛应用于日常手机定位、智慧物流、抗洪救灾、航天探月等社会生活的方方面面。

　　在陈善广看来，中国的工业化进入到新阶段，各个环节都应从“人适应机”转向“机适应人”。这是陈善广一直呼吁的话题。

　　“智能化的趋势已经无法逆转。如今科学研究发展很快，当机器觉醒，具有学习和自我进化的能力，与人合作完成任务时如何加以控制？”陈善广建议，把规则嵌入到机器人的底层构造中。他与相关团队承担了国家自然科学基金重大项目“复杂人机紧耦合系统的人因安全理论研究”，对复杂系统智能化带来的人因安全问题进行深入研究。“中国科学家和重要机构需要形成共识，因为这是大国责任！”他说。

　　构建跨学科交叉育人大平台

　　“青年人才培养是头等大事。”赵沁平院士曾任教育部副部长，一向重视交叉育人、产教协同育人。他认为，智能交互离不开产业应用，离不开工业，离不开国际同行的帮助和支持。而人因工程正是一个培养青年人才的交叉学科。

　　据介绍，早在2016年，中国航天员科研训练中心人因工程全国重点实验室倡议发起举办中国人因工程高峰论坛，先后在深圳、杭州、长沙、上海等地举办了7届，成为业内具有较大影响力、非营利性的综合性学术交流平台。前7届大会，参会的都是我国院士、总师，吸引了很多85后、90后年轻科研人员、装备研究设计人员参加。

　　1983年出生的张警吁博士连续参加了4次人因工程高峰论坛。他告诉记者，从北大心理系毕业前，他原本打算出国。后来他了解到，中国将会成为世界上起降飞机最多的国家，这除了需要更大更好的机场，也需要更加精准和安全地指挥调度飞机。这时，空管员的调度能力成为整个系统的关键。而工程心理学不仅可以帮助更精准地预测空管员的负荷水平，更好地做到“削峰填谷”，还能够指导各种新型交互技术的开发，提高空管员的调度能力和整个系统的承载能力。他留在了国内，开始参与这项事业。

　　第一次参加人因工程高峰论坛时，他还是一名助理研究员。

　　他发现，要研究并提升空管员的调度能力，涉及心理学、空中交通管制、计算机科学、生物医学、人体工程学等方面知识，高度跨学科、高度交叉，与陈善广提出的人因工程是“顺应国家工业革命技术迭代的大趋势，建立的复杂巨系统：特殊装备、特殊人员、特殊环境、特殊任务”的“四特”完全吻合，符合解决这个问题的根本需要和自身的研究旨趣。

　　于是，他浸润其中，将人因的理念进一步延伸到智能手机、汽车座舱和航空器设计等领域，以心理学的视角切入人因工程，帮助长安、华为等企业进行有关研究和专项设计。这次参会，已经是研究员的他，带来题为《基于心理学原理的人与智能系统高效协同方法研究》的报告。

　　近几届人因大会都有机器人和机器装甲的介绍。此次，吉林大学博士生导师任雷带来了他的研究成果，要让机器人走路不再像机器那样关节扭曲，而是“闲庭信步”。

　　这项研究的一个目的是服务高位截瘫患者。任雷向与会者展示了穿上假肢机器人的患者上下楼的情景。假肢的膝盖就是一个机器人，能猜测主人的动作意图。而模仿手和手臂的假肢机器人，则可以夹筷子、抹护手霜、捻扑克牌，甚至穿针引线、开瓶盖。精准的复杂动作已高度类人，让不少国外研究者大开眼界。

　　本届大会的另一亮点是香港、澳门、台湾同胞走上讲台，就所从事的研究领域和与会者进行广泛交流。

　　台湾新竹清华大学终身荣誉教授王明扬对老祖宗的智慧充满敬意。他说，古代战车，车高四尺，让士兵更容易登车。车上武器，戈、戟、矛，最长的不超过身高的3倍。因为太长不好使，容易造成车上士兵的伤害。“我们以为古人用的戈，就是一个圆的棍子加上一把刀。实际上，戈的棍子是椭圆的，有利于士兵出招的时候掌握刀的方向，更加精准。”

　　当王明扬教授说到“我们团结起来，一起为中国人因工程发展作出让外国人眼前一亮的贡献”时，全场热烈鼓掌。

　　陈善广指出，人因工程近年来在中国取得了长足发展，也反映出我国工业制造的活跃度与发展水平。本届是首次由中国学者主导的人因工程方面的国际会议，也是中国人因学科发展的重要阶段性标志。目前，各项数据表明，无论是中国人因学者的规模，还是在国际上的学术影响力，我国人因工程学科建设及发展水平已走在世界前列。

　　未来人因工程如何发展？陈善广表示，人因工程研究的技术方法跨越诸多学科，依赖于相关学科的技术发展，其自身基础理论和技术的研究深度不够，已有技术和方法的效度已不适应时代要求，基础数据、规律、技术方法的储备也无法满足应用需求。他建议从国家层面高度重视人因基础理论研究的规划布局，大力加强基础教育，深化人因工程共性科学与技术研究。特别是面对智能时代的挑战，应规划人因工程新的发展路线图。

　　未来已来，行则将至。

　　中青报·中青网记者 孙庆玲 堵力 来源：中国青年报

　　2024年12月16日 04 版