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人-機-環(huán)境系統工程理論在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的地位
及應用前景分析
龍升照
(北京航天醫學(xué)工程研究所）
一、人-機-環(huán)境系統工程理論誕生的必然趨勢
人類(lèi)社會(huì )發(fā)展的歷史，就是一部人、機(包括工具、機器和計算機)、環(huán)境三大要素相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互促進(jìn)的歷史。由于環(huán)境的影響，高級靈長(cháng)目動(dòng)物演變成為人類(lèi)；人類(lèi)的誕生導致了機的出現；機的出現又產(chǎn)生了新的環(huán)境；新的環(huán)境又在影響人類(lèi)的生活、工作和生存。在社會(huì )發(fā)展的漫長(cháng)的歷程中，產(chǎn)生了兩個(gè)質(zhì)的飛躍：第一個(gè)飛躍是機器的出現，使人的體力勞動(dòng)獲得極大的擴展和加強；第二個(gè)飛躍是計算機的出現，使人的腦力勞動(dòng)正在得到加強和延伸。環(huán)顧一下我們周?chē)囊磺�，不但機器的使用比比皆是，而且計算機的應用也十分普遍。人們?yōu)榱诉_到某種預定目標（如航天探索、軍事對抗、發(fā)展生產(chǎn)……），總是針對某些特定環(huán)境，試圖利用已經(jīng)掌握的科學(xué)技術(shù)成就，組成一個(gè)既有人，又有機，還有環(huán)境的復雜系統，我們將它稱(chēng)之為人-機-環(huán)境系統。例如，司機駕駛汽車(chē)在地面上奔馳，飛行員駕駛飛機在空中飛行，航天員駕駛飛行器在宇宙中航行，舵手駕駛船舶在海洋中航行等，這些都是典型的人-機-環(huán)境系統；同樣，工廠(chǎng)的工人在特定環(huán)境中操作各種機器進(jìn)行工作，也是典型的人-機-環(huán)境系統……。很顯然，人-機-環(huán)境系統廣泛存在于從民用到軍事、從天上到地下、從陸地到海洋的各個(gè)領(lǐng)域。當然，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種工作的自動(dòng)化程度會(huì )愈來(lái)愈高，人的勞動(dòng)（體力勞動(dòng)或腦力勞動(dòng)）將會(huì )更多地被機器所取代。但是，人的高級智能活動(dòng)是任何機器也無(wú)法代替的。所以，在任何情況下，也都會(huì )有人參與工作，人要完成諸如監視、控制、決策、管理等各種功能，故人-機-環(huán)境系統總是普遍存在。然而，它的存在只是問(wèn)題的一個(gè)方面，而能不能從理論的高度來(lái)認識它、駕駛它，并使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)，這才是問(wèn)題的真正關(guān)鍵。
時(shí)至今日，當人們沉浸在享受高科技帶來(lái)的社會(huì )繁榮之際，卻也不知不覺(jué)地闖入了兩大誤區：
第一，在機器設計時(shí)，由于漠視了人的特點(diǎn)和要求，致使工作系統效率降低、事故增加，對社會(huì )發(fā)展造成嚴重影響；
第二，在機器設計時(shí)，由于漠視了環(huán)境的特點(diǎn)和要求，不但影響了機器本身性能的發(fā)揮，而且帶來(lái)了嚴重的環(huán)境惡化，對人類(lèi)的生活、工作和生存造成重大威脅。
當人們意識到上述局面時(shí)，發(fā)現自己在錯誤的道路上已經(jīng)走得很遠。因此，當務(wù)之急，就是探索一套研究人、機、環(huán)境三大要素的運行規律及其最優(yōu)組合的科學(xué)方法。
1981年，在著(zhù)名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森系統科學(xué)思想的啟發(fā)和親自指導下，我國學(xué)者陳信、龍升照根據載人航天研究的實(shí)踐，并對國內外情況進(jìn)行了認真分析，概括提出了一門(mén)綜合性邊緣技術(shù)科學(xué)─人-機-環(huán)境系統工程(Man-Machine-Environment System Engineering,簡(jiǎn)稱(chēng)為 MMESE )［1,2］。人-機-環(huán)境系統工程是運用系統科學(xué)理論和系統工程方法，正確處理人、機、環(huán)境三大要素的關(guān)系，深入研究人-機-環(huán)境系統最優(yōu)組合的一門(mén)科學(xué)，其研究對象為人-機-環(huán)境系統。系統中的“人”，是指作為工作主體的人(如操作人員或決策人員)；“機”，是指人所控制的一切對象(如汽車(chē)、飛機、生產(chǎn)過(guò)程等)的總稱(chēng)；“環(huán)境”，是指人、機共處的特定工作條件。系統最優(yōu)組合的基本目標是“安全、高效、經(jīng)濟”。所謂“安全”，是指不出現人體的生理危害或傷害，并避免各種事故的發(fā)生；所謂“高效”，是指全系統具有最好的工作性能或最高的工作效率；所謂“經(jīng)濟”，就是在滿(mǎn)足系統技術(shù)要求的前提下，系統的建立要投資最省，也即保證系統的經(jīng)濟性。
人-機-環(huán)境系統工程理論的主要研究?jì)热莅ㄆ邆�(gè)方面［3］：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-壞關(guān)系的研究；⑥機-環(huán)關(guān)系的研究； ⑦人-機-環(huán)境系統總體性能的研究。
人-機-環(huán)境系統工程理論的基本研究方法可以概括為四句話(huà)［3］、24個(gè)字：基于三個(gè)理論(控制論、模型論、優(yōu)化論)，分析三個(gè)要素(人、機、環(huán)境)，歷經(jīng)三個(gè)步驟(方案論證、研制生產(chǎn)、實(shí)際使用)，實(shí)現三個(gè)目標(安全、高效、經(jīng)濟)。
人-機-環(huán)境系統工程理論的誕生，能使人們在設計、研制和建立任何一個(gè)人-機-環(huán)境系統時(shí)，產(chǎn)生以下三個(gè)方面的飛躍：
第一、從經(jīng)驗走向科學(xué)；
第二、從不自覺(jué)走向自覺(jué)；
第三、從定性走向定量。
這樣做的結果，不僅可以避免工程技術(shù)的大量返工和經(jīng)濟上的巨大損失，而且可以極大加速人-機-環(huán)境系統的研制進(jìn)程。
二、人-機-環(huán)境系統工程理論在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的地位
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不僅包括從深度和廣度上發(fā)展已經(jīng)建立的各門(mén)學(xué)科，而且還有賴(lài)于新興科學(xué)的出現。通常，新興科學(xué)的誕生和發(fā)展主要受兩種因素的影響：一是專(zhuān)門(mén)性、二是普遍性。
科學(xué)技術(shù)的專(zhuān)門(mén)性理論，是由于發(fā)現了新的研究對象，或出現了特別的科學(xué)趨勢，促使人們去研究一類(lèi)比較狹窄的對象，如細胞生物學(xué)、高分子化學(xué)等科學(xué)理論就是這種例子。這些學(xué)科的特點(diǎn)是用專(zhuān)門(mén)手段提出問(wèn)題，并解決問(wèn)題，它只涉及比較狹窄的研究領(lǐng)域�？茖W(xué)技術(shù)的普遍性科學(xué)理論，一般都是為了研究非常廣泛的一類(lèi)對象中出現的自然現象而創(chuàng )立，如控制論、系統科學(xué)等科學(xué)理論就屬此例。與那些專(zhuān)門(mén)科學(xué)理論相反，普遍性科學(xué)理論往往都是邊緣科學(xué)。正因如此，為了溝通各個(gè)專(zhuān)門(mén)性科學(xué)之間的渠道，這些普遍性邊緣科學(xué)往往更趨向于理論化，而且更加依賴(lài)于描述它們所用的語(yǔ)言，如數學(xué)語(yǔ)言或其它語(yǔ)言。所以，普遍性邊緣科學(xué)具有兩個(gè)重要特征：第一是縱向整體化，使基礎科學(xué)與工程技術(shù)相互滲透，甚至融為一體；第二是橫向整體化，大力推行橫跨學(xué)科的交叉研究。邊緣科學(xué)的這兩個(gè)特點(diǎn)，打破了各個(gè)學(xué)科、各個(gè)部門(mén)之間的森嚴壁壘，反過(guò)來(lái)又極大地促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展。
人-機-環(huán)境系統工程作為一門(mén)綜合性邊緣技術(shù)科學(xué)，其整體化特征表現最為突出。在縱向整體化方面，人-機-環(huán)境系統工程是一門(mén)技術(shù)科學(xué)，相對其基礎科學(xué)（如生理學(xué)、心理學(xué)、系統科學(xué)……）而言，它是注重于實(shí)際應用，強調實(shí)踐性；它相對其工程技術(shù)（如航天人-機-環(huán)境系統工程，航空人-機-環(huán)境系統工程、坦克人-機-環(huán)境系統工程、汽車(chē)人-機-環(huán)境系統工程、防空兵人-機-環(huán)境系統工程……）而言，又為實(shí)際應用提供理論依據。所以，人-機-環(huán)境系統工程使理論與應用相互交融、密不可分。
在橫向整體化方面，人一機一環(huán)境系統工程的研究范圍從系統構思開(kāi)始，歷經(jīng)系統建立、系統運行和系統維護，直至系統消亡為終，沒(méi)有多種學(xué)科知識和多種方法論指導，就無(wú)法取得最佳效果，故其學(xué)科交叉非常明顯。因此，目前國內外學(xué)者在論述該研究領(lǐng)域時(shí)，總是眾說(shuō)紛壇，各執一詞，諸如人的因素，人體工程學(xué)、工程心理學(xué)、工效學(xué)、人的因素工程、人一機系統、環(huán)境醫學(xué)等等。實(shí)際上它們都是從不同側面、不同角度來(lái)探索人、機、環(huán)境三者之間的關(guān)系。因此，用人-機-環(huán)境系統工程這門(mén)新興科學(xué)，能把這些大致相近或相輔相成的學(xué)科納入一個(gè)統一的科學(xué)框架，這不僅能避免概念和術(shù)語(yǔ)的混亂，而且在下述三個(gè)方面提出獨特見(jiàn)解，把人們的認識水平大大向前推進(jìn)一步。
第一、人-機-環(huán)境系統工程特別強調機(包括工具、機器和計算機)的設計要苻合人的特點(diǎn)和要求。以往，人們有一種誤解，認為只要機器設計出來(lái)了，通過(guò)選拔和訓練操作人員就可以發(fā)揮系統性能。其實(shí)，如果機器的設計不苻合人的生理、心理特點(diǎn)，單純通過(guò)選拔、訓練來(lái)使人適應機器的特性，不但不能確保系統性能的發(fā)揮，而且還會(huì )導致事故的發(fā)生。因此，人-機-環(huán)境系統工程首先是強調機器的設計要苻合人的特點(diǎn)，然后再強調通過(guò)選拔和訓練，讓人去適應機器的特點(diǎn)，使人、機協(xié)調達到最優(yōu)化；
第二、人-機-環(huán)境系統工程與以往一些相鄰學(xué)科（如人的因素，工效學(xué)、人一機系統……）的根本區別之一，就是環(huán)境因素不再作為一種被動(dòng)的干擾因素排斥在系統之外，而是作為一種積極的主動(dòng)因素納入系統之中，井成為系統的一個(gè)重要環(huán)節。很顯然，環(huán)境既影響人的生存和工作能力，又影響機器的性能和可靠運轉。反之，人和機器也影響環(huán)境的狀態(tài)。所以，環(huán)境與人、環(huán)境與機、環(huán)境與系統之間，既存在信息流通、信息加工問(wèn)題，也存在信息控制問(wèn)題，這就更加突出了環(huán)境在系統中的重要作用。實(shí)踐證明，只有把環(huán)境作為系統的一個(gè)環(huán)節，才能從系統的總體高度對環(huán)境進(jìn)行全面的規劃與控制，有的可以消除，有的可以防護，有的可減至允許限度，有的可獲取最桂值，從而使全系統處于最優(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、腳疼醫腳的被動(dòng)局面，使人們的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)始終沿著(zhù)科學(xué)的道路前進(jìn)；
第三、人-機-環(huán)境系統工程以科學(xué)的方法論----唯物辨證法作指導，特別強調自上而下、由總而細的系統思考方法，遵循系統----還原----再系統-----再還原、乃至不斷循環(huán)上升的思維程序，把系統觀(guān)與還原觀(guān)有機結合，不斷推動(dòng)人-機-環(huán)境系統工程研究往縱深發(fā)展。恩格斯曾強調指出：“舊的研究方法和思維方法、黑格爾稱(chēng)之為‘形而上學(xué)’的方法，主要是把事物當作一成不變的東西去研究。……必須先研究一個(gè)事物是什么，而后才研究過(guò)程。必須先知道一個(gè)事物是什么，而后才能覺(jué)察這個(gè)事物中所發(fā)生的變化。自然科學(xué)中的情形正是這樣。……而當這種研究已經(jīng)進(jìn)展到可以向前邊出決定性的一步，即可過(guò)渡到系統地研究這些事物在自然界本身中所發(fā)生的變化的時(shí)候，在哲學(xué)領(lǐng)域內也就響起了舊形而上學(xué)的喪鐘。”人-機-環(huán)境系統工程正是拋棄以往那種只著(zhù)眼于只要單個(gè)要素優(yōu)良，其整體性能就必然優(yōu)良的形而上學(xué)觀(guān)點(diǎn)。而是根據唯物辨證法思想，從系統的總體高度，研究人、機、環(huán)境三大要素的相互關(guān)系和整體變化規律，從而推動(dòng)科學(xué)技術(shù)向前發(fā)展。
三、人-機-環(huán)境系統工程理論的應用前景分析
人-機-環(huán)境系統工程理論雖然是一門(mén)新興的邊緣技術(shù)科學(xué)，但其蹤跡己深入到人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在新的技術(shù)革命浪潮洶涌而至的今天，人-機-環(huán)境系統工程理論所肩負的歷史使命就更加艱巨。
1993年10月，著(zhù)名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森在給龍升照的信中指出：“我收到您主編的《人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展(第一卷)》，翻看了之后，感到非常高興，1985年秋提出的一個(gè)想法，現在8年之后己赫然成書(shū)，500多頁(yè)的巨卷！而且研究范圍已大大超出原來(lái)航天，內容涉及航空、航天、航海、兵器、電子、能源、交通、電力、煤炭、冶金、體育、康復、管理……等領(lǐng)域！你們是在社會(huì )主義中國開(kāi)創(chuàng )了這門(mén)重要現代科學(xué)技術(shù)！”錢(qián)學(xué)森同志這段飽含深情的話(huà)語(yǔ)，為人-機-環(huán)境系統工程理論的普遍應用描繪了一幅光輝無(wú)比的宏偉蘭圖。
首先，在民用領(lǐng)域，人-機-環(huán)境系統工程理論為生產(chǎn)力的發(fā)展和提高提供了理論依據和技術(shù)手段［3，4，6，7］。哲學(xué)上，生產(chǎn)力的定義是：“從事物質(zhì)資料生產(chǎn)的人同以生產(chǎn)工具為主的被用于生產(chǎn)的勞動(dòng)資料相結合，就構成社會(huì )生產(chǎn)力。”很顯然，生產(chǎn)力應該是人(從事物質(zhì)資料生產(chǎn)的人)、機(生產(chǎn)工具和機器)、環(huán)境(生產(chǎn)場(chǎng)所的有關(guān)勞動(dòng)條件)三大要素的有機結合。為了發(fā)展社會(huì )生產(chǎn)力，我們應該積極運用人-機-環(huán)境系統工程理論，全面優(yōu)化人、機、環(huán)境三者之間的關(guān)系，促進(jìn)國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展。
與此同時(shí)，在軍事領(lǐng)域，人-機-環(huán)境系統工程理論也為戰斗力的發(fā)展和提高提供了理論依據和技術(shù)手段［5］。眾所周知，在任何戰爭中，武器裝備是進(jìn)行戰爭的物質(zhì)基礎，是決定戰爭勝負的基本條件。但是，任何武器裝備都必須靠人去掌握和操縱，而且它也只能在特定環(huán)境條件下才能發(fā)揮其性能。武器裝備只是一種可能的戰斗力，它只有同人和環(huán)境有機結合，才能成為現實(shí)的戰斗力。因此，正確處理人、武器裝備、作戰環(huán)境這三個(gè)基本要素的關(guān)系，歷來(lái)都是提高部隊戰斗力的關(guān)鍵。所以，在軍事領(lǐng)域積極應用人-機-環(huán)境系統工程理論，就能為國防科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和部隊戰斗力的提高產(chǎn)生積極作用。
值得強調指出的是，人類(lèi)在經(jīng)歷了農業(yè)社會(huì )、工業(yè)社會(huì )之后，現正朝著(zhù)信息社會(huì )邁進(jìn)。所謂信息社會(huì )，也可稱(chēng)為知識和智力的社會(huì )，就是需要產(chǎn)生和處理大量的知識和信息。知識的生產(chǎn)，已成為決定社會(huì )生產(chǎn)力、競爭力和經(jīng)濟增長(cháng)的關(guān)鍵因素。人們不會(huì )忘記，當人類(lèi)最初使用勞動(dòng)工具來(lái)進(jìn)行社會(huì )生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，人類(lèi)全靠自己的體力來(lái)構成一個(gè)最初級的人-機-環(huán)境系統。后來(lái)，機器的出現，代替了人的體力勞動(dòng)，這是人體力量的延伸，人類(lèi)靠自己的智慧來(lái)形成一個(gè)基本的人-機-環(huán)境系統。時(shí)至今日，計算機的廣泛使用，使人的腦力勞動(dòng)得到了部分替代和擴展，人類(lèi)將致力于從事更高級的智能活動(dòng)。因此，人-機-環(huán)境系統將以更為高級的形態(tài)出現。在這種系統中，不僅人的智能發(fā)展到了高級階段，而且以機器人為載體的人工智能也在系統中發(fā)揮極其重要的作用，它不僅可以使人從繁重的體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)中解脫出來(lái)，而且還可以在惡劣的環(huán)境條件下代替人進(jìn)行作業(yè)，從而使整個(gè)人-機-環(huán)境系統的工作效能大為改觀(guān)。但是，應該特別需要指出的是，即使是當代最完善的智能機器人，有的是“四肢”發(fā)達而“頭腦”簡(jiǎn)單，有的是即使“頭腦”比較發(fā)達，但其“五官”卻非常遲鈍。因此，為了在特定環(huán)境條件下，更好地溝通人類(lèi)智能與“機器智能”之間的信息交往，并形成一個(gè)具有最優(yōu)效能的工作系統，就需要人-機-環(huán)境系統工程理論發(fā)揮其積極作用�？梢灶A料，在未來(lái)的信息社會(huì )中，人-機-環(huán)境系統工程理論的蓬勃發(fā)展，必將導致人類(lèi)社會(huì )實(shí)踐活動(dòng)的新飛躍，并為人類(lèi)智力的解放開(kāi)辟最廣闊的前景。
總而言之，人-機-環(huán)境系統工程理論在各個(gè)領(lǐng)域的積極應用，必將對國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展作出積極貢獻。
參考文獻
1. 錢(qián)學(xué)森同志關(guān)于人機環(huán)境系統工程的講話(huà)(1985年10月). 見(jiàn)龍升照主編：人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展(第一卷). 北京:北京科學(xué) 技術(shù)出版社，1993
2. 陳 信，龍升照. 人-機-環(huán)境系統工程(學(xué))概論. 自然雜志，1985, 8(1)
3. 龍升照. 人-機-環(huán)境系統工程理論及其在生產(chǎn)力發(fā)展中的意義.見(jiàn)龍升照主編：人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展(第一卷), 北京:北 京科學(xué)技術(shù)出版社，1993
4. 龍升照, 陳 信. 人-機-環(huán)境系統工程及其應用展望. 第一屆人機一系統分析、設計與評價(jià)會(huì )議論文集，1988
5. 陳 信, 龍升照. 人-機-環(huán)境系統工程(學(xué))在軍事武器裝備研制中的地位. 自然雜志，1995, 8(5)
6. Chen Hsin, Long Shengzhao. Application of Man-Machine-Environment System Engineering Theory to Aerospace Research,32nd International Congress of Aviation and Space Medicine, 1984
7. Long Shengzhao, Yuan Xiugan. Man-Machine-Environment System Engineering Theory and its Applications. Proceedings of the First Sino-French Symposium on Man and Automation, 1998
【作者簡(jiǎn)介】龍升照 男,漢。1942年11月5日生。江西吉安人。1965年上�？茖W(xué)技術(shù)大學(xué)自動(dòng)化系畢業(yè)。航天醫學(xué)工程研究所工效學(xué)研究室原主任、研究員、中國系統工程學(xué)會(huì )人-機-環(huán)境系統工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主任、北京市海淀人-機-環(huán)境系統工程研究會(huì )理事長(cháng)。1981年在著(zhù)名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森的親自指導下,與陳信研究員共同創(chuàng )立了人-機-環(huán)境系統工程理論。1982年,根據人的思維特點(diǎn),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(xué)進(jìn)行研究和進(jìn)修。作為項目負責人,已獲國家科技進(jìn)步三等獎1項、 部門(mén)科技進(jìn)步一等獎1項、部門(mén)科技進(jìn)步二等獎2項。代表性著(zhù)作有《人-機-環(huán)境系統工程學(xué)》, 并主編出版了《人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展》第一、二、三卷。國內外公開(kāi)發(fā)表論文40余篇。
1993年1月被國務(wù)院授于享受政府特殊津貼證書(shū)。
(文獻來(lái)源:《人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展(第四卷)》,海洋出版社，1999)
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