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人-機-環(huán)境系統工程與一些相關(guān)學(xué)科的關(guān)系
龍升照
(北京航天醫學(xué)工程研究所)
一、問(wèn)題的提出
1981年，在著(zhù)名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森的親自指導下，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 )在我國誕生。錢(qián)學(xué)森同志對這門(mén)新興科學(xué)給予了極高評價(jià)。他于1993年指出，“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)。”[1]
人-機-環(huán)境系統工程作為一門(mén)新興科學(xué)，它與一些相關(guān)學(xué)科有哪些聯(lián)系和區別，它的開(kāi)創(chuàng )性究竟在哪里？為了回答這些問(wèn)題，我們不妨先對國外相關(guān)領(lǐng)域的研究概況作一簡(jiǎn)要敘述。
第二次世界大戰期間，各種新式武器不斷出現，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(xué)科。美國有人的因素(Human Factors）、人體工程學(xué)（Human Engineering）、人的因素工程（Human Factor Engineering）、人-機系統（Man-Machine System）等眾多的學(xué)科名稱(chēng)，西歐有工效學(xué)(Ergonomics)之稱(chēng)，東歐有工程心理學(xué)（Engineering Psychology) 之稱(chēng)。這些學(xué)科對于推動(dòng)科學(xué)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(diǎn)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(diǎn)和需要，以及如何改造和控制環(huán)境等問(wèn)題雖然有所認識，但是缺乏用系統的整體思路來(lái)全面解決人、機、環(huán)境的相互關(guān)系問(wèn)題。雖然有了關(guān)于人、機、環(huán)境的各種數據，但如何運用這些數據，仍然是憑經(jīng)驗進(jìn)行，因而難以取得最佳效果。1980年末，美國科學(xué)院應陸、海、空三軍的要求，組成一個(gè)專(zhuān)門(mén)委員會(huì )，著(zhù)重分析和研究該領(lǐng)域的研究現狀，并于1983年1月提出了題為《人的因素研究需求》的專(zhuān)門(mén)報告[2]。該報告承認，20世紀70年代由于單純依靠過(guò)去20年的數據而放松了基礎研究，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整，但仍未擺脫傳統框框的束縛。直至1996年，美國國防部在它的《國防技術(shù)計劃》中還無(wú)可奈何地指出，“幾年來(lái)，已采集了大量的有關(guān)人體機能的數據，但是，這些數據既不能為設計集成界所利用，也很難找到并加以解釋。結果，‘(系統) 集成’ 總是要在設計過(guò)程后期完成，且其鑒定要依賴(lài)于昂貴的實(shí)物樣機。” [3]另外，美國的IEEE雜志也提供了一個(gè)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(xué)中人的因素)；60年代，該匯刊改名為 IEEE Transactions on Man-Machine System(人-機系統)；70年代，該匯刊又與另一匯刊 IEEE Transactions on System Science & Cybernetics(系統科學(xué)與控制論)合并，改名為 IEEE Transactions on System，Man, and Cybernetics(系統、人與控制論)。該名稱(chēng)一直沿用至今，并又將它分為3個(gè)部分(分卷)出版：Part A, System and Human(系統與人); Part B, Cybernetics(控制論); Part C, Applications and Reviews(應用與述評)。由此可見(jiàn)，雖然他們想從系統的高度來(lái)考慮問(wèn)題，但又苦于沒(méi)有辦法。因此，他們對于如何來(lái)闡述這個(gè)十分復雜的研究領(lǐng)域，也顯得十分茫然。
應該強調指出的是，人-機-環(huán)境系統工程正是針對以上現實(shí)而提出。它的誕生雖然與人的因素、人的因素工程、工效學(xué)、人-機系統……等相關(guān)學(xué)科有關(guān)，并從這些學(xué)科中汲取了豐富的營(yíng)養，但它高于這些相關(guān)學(xué)科。它不但包括的內容更泛(尤其是環(huán)境因素的考慮)，而且更是特別強調從系統總體的更高層次來(lái)處理問(wèn)題。
牛頓曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“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)境系統工程的提出，并不是對其他相關(guān)學(xué)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(gè)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(jìn)到一個(gè)嶄新階段。
正是基于上述事實(shí)，本文重點(diǎn)在于闡述人-機-環(huán)境系統工程與一些相關(guān)學(xué)科(如工效學(xué)、人-機系統和環(huán)境醫學(xué))的聯(lián)系與區別，并不斷汲收和借鑒其他相關(guān)學(xué)科的研究成果，從而加速人-機-環(huán)境系統工程理論及應用的蓬勃發(fā)展。
二、與工效學(xué)的關(guān)系
工效學(xué)(Ergonomics)是第二次世界大戰以后發(fā)展起來(lái)的一門(mén)科學(xué)。工效學(xué)的英文名稱(chēng)是Ergonomics.這個(gè)詞是由希臘詞“ergon”(即工作或勞動(dòng))和“nomos”(即規律或規則)復合而成。因此，工效學(xué)可以定義為是研究人的工作規律的一門(mén)學(xué)科。它的早期研究主要集中于人體測量和人的生物力學(xué)特性。后來(lái)，其研究?jì)热萦兴鶖U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容。而且，美國已將人的因素（Human Factors）與工效學(xué)(Ergonomics)等效使用。[5] 
為了闡明人-機-環(huán)境系統工程與工效學(xué)的關(guān)系，我們茲將人-機-環(huán)境系統工程的研究?jì)热葑饕缓?jiǎn)要敘述。
眾所周知，人-機-環(huán)境系統工程的研究?jì)热葜饕?個(gè)方面(見(jiàn)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)境系統總體性能的研究。[6]
從人-機-環(huán)境系統工程的研究?jì)热菘梢钥闯�，人的特性的研究與工效 學(xué)的研究?jì)热萦泻艽舐?lián)系。很顯然，為了對人-機-環(huán)境系統的總體性能(安全、高效、經(jīng)濟)進(jìn)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(xué)或人的因素角度對人的特性進(jìn)行全面研究，只有這樣，才能實(shí)現人-機-環(huán)境系統工程的基本目標。
人-機-環(huán)境系統工程與工效學(xué)的最大區別在于，它是從系統總體的高度來(lái)處理人、機、環(huán)境三大因素的關(guān)系，而不單獨強調人的因素或工效學(xué)要求的最優(yōu)化。這是因為，按照人-機-環(huán)境系統工程的觀(guān)點(diǎn)，單個(gè)因素優(yōu)良，并不能確保系統整體性能的優(yōu)良，系統的各個(gè)要素都要按系統的總體性能進(jìn)行規化，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(gè)明顯例證。[8]最初的設計方案，兩名航天員是坐著(zhù)的，即使開(kāi)了四個(gè)窗口，航天員在座位上的視野也非常有限，如果以?xún)A斜姿態(tài)下降登月，航天員將不能直接看到著(zhù)陸地點(diǎn)的情況；如果要垂直登月就更看不到月面情況，所以這個(gè)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(shí)間也未找出一個(gè)理想方案，大家都為這些問(wèn)題沒(méi)有得到解決而苦惱，爭論也相當激烈。一位工程師則抱怨說(shuō)，航天員座位太重、占的地方太大！另一位工程師馬上接著(zhù)說(shuō)，登月艙從母艙下降到月面大約只有一小時(shí)或更短些，為什么非要坐著(zhù)？！就不能站著(zhù)進(jìn)行這次短途旅行嗎？出人意料，這個(gè)牢騷卻為一種新的設計方案打開(kāi)了思路，當即大家同意“站著(zhù)”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(gè)座艙的重量也減輕了。這真是一個(gè)安全、高效、經(jīng)濟的設計方案。這個(gè)例子告訴我們，人并不一定要處于“最佳”工作狀態(tài)，他從系統的一個(gè)局部稍許作點(diǎn)“讓步”，就換來(lái)了系統整體的極大優(yōu)越性。但是在這個(gè)時(shí)期，由于沒(méi)有人-機-環(huán)境系統工程理論作指導，人們只是從人的因素(工效學(xué))的角度來(lái)滿(mǎn)足人的工作要求，缺乏從系統總體來(lái)考慮問(wèn)題，因而使設計工作走了彎路。因此，人-機-環(huán)境系統工程既強調從工效學(xué)(也即人的工作規律)的角度獲得有關(guān)人的特性的各種數據，但更強調從系統的總體高度來(lái)利用這些數據，從而使人-機-環(huán)境系統滿(mǎn)足“安全、高效、經(jīng)濟”的綜合效能。
在我國，有些學(xué)者將Ergonomics 一詞翻譯為“人機工程學(xué)”或“人機工程”。[9]
三、與人-機系統的關(guān)系
人-機系統(Man-Machine Systems)是研究人與機器相互作用的一門(mén)學(xué)科。[10，11]人-機系統的研究?jì)热菖c人-機-環(huán)境系統工程中人-機關(guān)系的研究?jì)热萦性S多交叉(見(jiàn)圖1)。但是，人-機-環(huán)境系統工程研究與人-機系統研究存在很大區別，主要表現為兩個(gè)方面：
第一，人-機-環(huán)境系統工程研究首先特別強調機(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”)，然后再強調通過(guò)選拔和訓練使人去適應機器(也即“人宜機”)。但是，人-機系統研究卻主要著(zhù)眼于“人宜機”方面。1996年的美國《國防技術(shù)計劃》指出：“人-機系統技術(shù)領(lǐng)域薈萃了人體科學(xué)、生理學(xué)、生物學(xué)、行為科學(xué)以及生物工程學(xué)等學(xué)科，涉及人在作戰活動(dòng)中的方方面面。……人-機系統技術(shù)提供了保證恰當地選拔、訓練、裝(配)備和保護能適應(作戰)發(fā)展趨勢的所有部隊人員所需的機會(huì )和技能。” [3]由此不難看出，人-機系統的研究重點(diǎn)是側重在“人宜機”。
第二，人-機-環(huán)境系統工程研究特別強調將環(huán)境因素作為一種積極的主動(dòng)因素納入系統之中，并成為系統的一個(gè)重要環(huán)節；人-機系統研究則將環(huán)境作為一種干擾因素而置于系統之外，其結果將會(huì )導致嚴重后果。例如，據英國媒體報導，[12]英軍于2001年秋，在阿曼舉行了一次歷時(shí)3個(gè)月、代號為“快劍”的軍事演習，以檢驗英軍的運征作戰能力。其結果為：“挑戰者二型”坦克僅投入戰斗4小時(shí)就因過(guò)濾器被沙塵堵塞而拋錨，一半坦克不得不撤出戰斗；“山貓”直升機的轉軸葉片在歐洲氣候條件下工作壽命為500小時(shí)，而在沙漠中只能維持27小時(shí)；……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。據此可見(jiàn)，只有將人、機、環(huán)境三大因素進(jìn)行綜合考慮，才能確保系統的優(yōu)良性能。而且，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，有的可獲取最佳值，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，使人們的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)始終沿著(zhù)科學(xué)的道路前進(jìn)。
四、與環(huán)境醫學(xué)的關(guān)系
環(huán)境醫學(xué)(Environment Medicine)是研究環(huán)境因素對人群健康影響的一門(mén)學(xué)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律與損傷的早期反應及危害。從圖1可以看出，環(huán)境醫學(xué)的研究?jì)热菖c人-機-環(huán)境系統工程中人-環(huán)關(guān)系的研究?jì)热萦行╊?lèi)似。但是，人-機-環(huán)境系統工程研究與環(huán)境醫學(xué)研究存在兩個(gè)明顯區別：
首先，人-機-環(huán)境系統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(gè)界限：舒適限、工效限、耐受限和安全限。而環(huán)境醫學(xué)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考慮問(wèn)題。因此，人-機-環(huán)境系統工程能站在更高的角度、更廣的范圍來(lái)處理人與環(huán)境的關(guān)系。
此外，人-機-環(huán)境系統工程研究特別強調復合環(huán)境因素對人的影響。眾所周知，人類(lèi)總是生存在多因素同時(shí)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(huì )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律，不僅更符合客觀(guān)的存在，而且更具有實(shí)際的應用價(jià)值。
五、結 論
毛澤東同志早就強調指出：“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)境系統工程理論為指導，不斷汲取和借鑒其他相關(guān)學(xué)科的研究成果，不僅能夠逐步完善人-機-環(huán)境系統工程的理論體系及研究方法，而且可以極大推動(dòng)人-機-環(huán)境系統工程的廣泛應用。這不僅對中國，乃至對世界科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，必將作出積極貢獻！
參 考 文 獻
1. 錢(qián)學(xué)森同志對《人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展(第一卷)》的評語(yǔ)(代序). 見(jiàn):龍升照主編,人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展(第二卷). 北京:北京科學(xué)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(zhù). 成功的“秘訣”---科學(xué)發(fā)明趣話(huà).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
7．龍升照.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. 見(jiàn):龍升照主編,人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展
(第四卷). 北京:海洋出版社，1999
8. 商平安. 一語(yǔ)點(diǎn)破——阿波羅設計趣談. 航天，No.3,1981
9. 賴(lài)維鐵.人機工程學(xué)(第二版).武漢:華中理工大學(xué)出版社,1997
10. Thomas B. Sheridan. Man-machine systems: information, control and decision models of human performance. MIT
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11.William B. Rouse. Advances in man-machine systems research.
12.李慶慶. 英軍裝備怕進(jìn)沙漠. 中國電視報(國際節目版),No.16,2002
13.蔡宏道,魯生業(yè)主編. 環(huán)境醫學(xué). 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990
【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、博士生導師，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。1993年1月被國務(wù)院授于享受政府特殊津貼證書(shū)。1993年10月，籌備組建了中國系統工程學(xué)會(huì )人-機-環(huán)境系統工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì )，并于1993，1995，1997，1999和2001年分別主持召開(kāi)了第一、第二、第三、第四屆和第五屆全國人-機-環(huán)境系統工程學(xué)術(shù)會(huì )議；與此同時(shí)，還于1998，2000，2002年分別主持召開(kāi)了第一、第二和第三屆全國人的可靠性和人-機-環(huán)境系統可靠性專(zhuān)題研討會(huì )。
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、部門(mén)科技進(jìn)步三等獎6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、四、五卷。國內外公開(kāi)發(fā)表論文60余篇。
�。ㄎ墨I來(lái)源：《人-機-環(huán)境系統工程研究進(jìn)展(第六卷)》，海洋出版社，2003）
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