面向智能制造的人因工程研究與發展

陳歡勤

[摘? ? 要]智能制造領域對人因工程的應用，將“以人為本”作為了基本理念，本文以人、信息技術以及物理系統為基礎，對三者之間的關系進行了研究和解決，為系統運行提供了安全、高效的保證。根據人在智能制造系統中所發揮的作用，對智能制造技術中的人因工程的作用進行了系統的梳理。針對目前智能制造在我國人因工程方面遇到的問題進行了闡述，并提出了學科建設、科學研究以及社會關注等策略，來促進智能制造的進一步發展，其主要涉及到了對頂層戰略設計的加強、定量定性研究的加強等內容，以供參考。

[關鍵詞]智能制造;人因工程;研究與發展

[中圖分類號]TH16 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]In the application of human factors engineering in the field of intelligent manufacturing， "people-oriented" is regarded as the basic concept. Based on human， information technology and physical system， this paper studies and solves the relationship among them， which provides a safe and efficient guarantee for the operation of the system. According to the role of human in intelligent manufacturing system， the role of human factor engineering in intelligent manufacturing technology is systematically analyzed. This paper expounds the problems of Intelligent Manufacturing in human factors engineering， and puts forward the strategies of discipline construction， scientific research and social attention to promote the further development of intelligent manufacturing， which mainly involves the strengthening of top-level strategic design， quantitative and qualitative research， for reference.

[Keywords]intelligent manufacturing; human factors engineering; research and development

智能制造系統的提出是在20世紀，通過對其的長期探索和發展，先后誕生了各種新興的制造范式、模式以及概念等。從總體上來說，智能制造的發展越來越趨向于數字化以及網絡化，目前，智能制造的發展獲得了全新的方向。智能制造系統在經過不斷的發展后，學術界以及工業界對人在系統中所發揮的作用、人帶來的影響以及人機之間的關系等進行了探討和研究。

1 面向智能制造的人因工程

中國工程院在研究報告中對智能制造課題做出了強調：“智能制造是一個概念上的大系統，這一大系統正在不斷的演進，深入的融合了信息與制造這兩種新興的先進技術，需要在產品的整個生命周期內貫穿于各個環節中，并對系統進行相應的優化集成，以此來為企業提供更高質量的產品、更高的效益以及高水平的服務，以此來促進企業的不斷創新。”該報告通過與HCPS范式的結合，對智能制造的演變過程進行了分析，對人的核心作用進行了凸顯。國家標準體系中對智能制造的建設提出了指導：在架構智能制造系統的過程中，對相關活動、裝備以及特征等智能制造內容的描述，需要從三個維度展開，也就是生命周期、系統層級以及智能特征。其中涉及的就是與企業各項約束條件，以及所需要使用的技術的結合，來對研發活動的過程進行構造、仿真以及驗證等;生產指的是物品實體由供應地流動到接收地的過程;銷售指的是企業通過經營活動，將產品或商品等向客戶手上進行轉移;服務指的是提供者在接觸客戶的過程中，對一系列活動的產生過程及產生結果，例如回收等[1]。

人的因素涉及到了較多內容，到目前為止其在學術界依然沒有得到命名或定義。站在廣義的角度上來說，主要涉及到了人的作用、人因工程等人的因素。其中各個系統中人所扮演的角色、發揮的作用以及工作類型等，是“人的作用”研究的主要內容。在生產生活的過程中，人類對自然界、社會以及自身做出了不斷的改造，因此，勞動對象必然會與生產工具有所聯系，此類聯系就是所謂的“人機關系”，其主要涉及到了人機交互、人機合作等內容。人因工程也能夠稱為人類工效學，是工程技術學科中最為重要的一門學科，對其的研究需要對生理、心理以及生物力等多個學科的方法和手段進行綜合運用。目的是研究人、機器及其工作環境三者之間存在著怎樣的關系，有著怎樣的影響規律，并對其進行合理的結合，以此來根據人的身心等特點對程序以及產品等進行設計，最終實現對工作效率的提升，為產品和人們提供質量、安全、健康等保障。

在智能制造系統中通過對人這一因素的分析，可以對智能制造中的人因工程作出初步定義：以人、機器、技術以及環境為基礎，對這四點進行了深入的研究，得知了人在行為、工作以及作業等方面的特點，并對其進行了利用，在智能制造系統中合理的設計了相關工具以及人員的安排等，為工程技術領域的智能制造，提供了更加高效、安全、舒適以及有效的系統。圖1所給出的智能制造所研究的人因工程內容示意圖，在系統的整個生命周期內應用了智能制造技術。當然，也可以根據不同的層級和智能特征，提出智能制造系統的分析框架，對此不做過多的討論。圖1中對人的作用、影響以及人際關系等內容進行了研究，在智能制造系統的各個生命周期內進行了分布，也就是說智能制造系統需要在各個環節，從各個方面對人因工程加以考慮。例如，在設計智能產品的過程中對用戶個人偏好的融入，在智能生產階段臨時對設計人員介入權限的設置等。同時，智能制造技術在各個人因工程子領域中的應用，并不會相互排斥，其作用范圍不斷的擴大，可能會對原有領域做出全新的解讀，也可能對應用做出創新[2]。

2 人因工程所面臨的挑戰

2.1 學科層面

人因工程在智能制造系統中主要包含的學科有：腦科學、認知科學以及哲學等，并且所結合的理論和方法有互聯網技術、機器人技術以及大數據技術等，從總體上來說，涉及到了各個學科的知識和技術，邊緣化是其存在的主要風險。例如，針對人因工程來說，由于學科發展起步較晚，因此，人因工程被作為了人機環境、工業等工程學科的一個方向，還沒有對其重要性和內涵引起重視;針對智能制造系統來說，這一概念受到的關注越來越大，不斷有企業在機器人技術以及人工智能技術等方面投入了重金，卻沒有對人這一重要因素引起關注。

2.2 研究層面

社會各界目前對智能制造存在著部分不正確的理解，在對智能制造進行具體發展的過程中，也面臨著許多問題，例如，采用智能技術的機器人是否能夠實現對人的完全替代，怎樣才能對工人的就業以及智能化技術的應用進行良好的協調等等。所以，數字技術、網絡技術以及智能技術在制造領域的應用，所產生的倫理道德問題、工作就業問題等，是人因工程在智能制造系統中需要面臨的全新挑戰[3]。

3 人因工程的進一步發展

3.1 與國家頂層戰略的對接

需要在國家的制造強國戰略、人工智能戰略以及質量強國戰略和體系中加入人因工程，以此來扭轉當前被動的“重硬輕軟”局面。從設計和行業宣貫方面對頂層戰略進行加強，將人因工程作為一種理念和方法，深入落實到智能制造系統中進行實踐。智能制造領域需要將人因工程這一理念和方法加入到相關政策、制度以及標準中，以此來促進各個智能制造領域中對人因工程的應用。并且需要將人因工程試點工作應用到更多相關行業和領域中，以此來加強宣傳推廣，使人因工程能夠給智能制造帶來更大的提升作用。

3.2 對HCPS學科體系的完善

信息技術在經過不斷的發展后，人、物理技術以及信息技術已經是不可或缺的三大智能制造系統組成部分，以往系統所采用的“人、機、環境”理論需要向著“人、信息、物理系統”的方向升級。以“人”為關鍵，對HCPS理論體系和學科體系進行完善地構建，以此來使智能制造系統能夠通過研究和發展人因工程，而獲得強有力的支撐，具體涉及到了理論與系統構架、最佳應用實踐等HCPS內容。

3.3 對定量研究與評測的加強

在應用和研究人因工程評價的過程中，存在的問題主要是定性指標相比定量指標更多，主觀評價相比可觀評價更少等。因此，需要根據相關定量客觀建立完善的技術和指標，以此來進行測試和評價工作。因此，智能制造領域需要建立系統中心來對人因工程進行測評，以此來為各類系統產品提供規范、高效以及可靠的人因測評。同時，智能制造領域中需要根據相關定量、實證以及案例，加強對人因工程的研究，以此來使定量與定性這兩種研究方式能夠得以融合，并不斷為研究提供更多的手段和方法[4]。

3.4 對新型技術的創新應用

對技術和裝備應用的創新主要涉及到了以下兩點：首先是如何高效、快速地將人的經驗和知識更好的向信息系統轉移，并由智能制造系統進行集成，進而使系統具備更強的復雜問題處理能力，主要涉及到了深度學習、遷移學習等技術;其次是制造系統在高度自動化或智能化實現之前，怎樣通過對新技術和新方法的使用，使人與人、人與機器能夠進行更強的互動和控制，怎樣才能通過對不同技術的使用來使人能夠更加高效地進行工作、管理，并為工作人員提供身心健康的保證。主要技術有智能裝備、虛擬現實技術等。總的來說，需要對人和機器進行綜合的考慮，并通過對各種新興技術的創新應用，來為智能制造構建全新的系統。

3.5 對日后的工人和工作的研究

隨著不斷發展的人工智能技術以及機器人技術等，大部分人產生了不安的感覺。因此，通過人因工程在智能制造系統中的應用和研究，能夠使不確定性得到進一步的排除，能夠預測和控制系統的運行;通過對人際關系的和諧構建，能夠使人和機器的相處更加和諧;通過對新技術的利用，能夠使員工在工作階段感到更加舒適、幸福。因此，需要從投入產出比、日后工作分工等方面加強對智能技術的研究[5]。

4 結束語

從總體上來說，智能制造的發展越來越趨向于數字化以及網絡化，目前，智能制造的發展獲得了全新的方向。人因工程在智能制造系統中的應用，需要通過與國家頂層戰略的對接、對HCPS學科體系的完善、對定量研究與評測的加強、對新型技術的創新應用以及對日后的工人和工作的研究，來促進人因工程在智能制造中發揮更大作用。

參考文獻

[1] 丁一，操雅琴，費志敏.智能制造背景下人因工程實驗教學改革探索[J].中國教育技術裝備，2018（4）：123-125.

[2] 劉捷.現代制造系統中人因工程的應用研究[J].企業導報，2013（18）：40-41.

[3] 張亮，張勝文，方喜峰.面向現代機械工程的知識工程技術研究現狀及發展[J].新技術新工藝，2006（8）：37-40.

[4] 蔡國華.面向現代機械工程的知識工程技術研究現狀及發展[J].區域治理，2018（36）：247.

[5] 夏國洪，李伯虎，唐曉青，等.復雜系統（產品）集成制造工程的技術研究與應用[J].中國工程科學，2005，7（9）：49-55.