智能向善：人因工程讓高科技服從人類指揮棒

AI圖片生成：程璨

 編者按

人因工程是什麼？它與我們的日常生活有何關係？在太空中，航天員的衣食住行、在軌科學實驗，包括空間站艙外機械臂與航天員聯合執行任務，都離不開人因工程的支持。在我們身邊，醫療康復機器人、無人駕駛汽車和手機屏幕界面等都有人因工程的影子。仔細觀察就會發現，人因工程遠在天邊近在眼前，浸潤著人類生活的方方面面。

如今，我國載人登月計劃已開始實施，更多複雜的航天作業即將展開。腦機接口作為一種人機聯合探測新模式，能夠提升航天任務的探測能力，成為載人航天未來發展新方向。未來，人因工程在科技發展和工業化道路上將發揮越來越重要的作用。

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人因工程小貼士

人因工程是因工業化而誕生並隨著科技進步與工業化水平的提升而不斷髮展的一門綜合性交叉學科。它綜合運用生理學、心理學、人體測量學、生物力學、計算機科學、系統科學等多學科的研究方法和手段，致力於研究人與系統其他要素之間的相互關係和影響，最終使系統實現安全、高效、宜人的目標。近20年來，在中國載人航天工程以及大型飛機、高鐵、核電站等國家重大計劃和專項的支持下，我國在人因工程學研究與應用方面取得了一批原創性理論和技術成果。

一個多月前，神舟十九號載人飛船發射取得圓滿成功並與空間站組合體完成自主快速交會對接，兩個乘組航天員會列治史迪拿空。我國載人航天事業輝煌成就的背後，人因工程全國重點實驗室發揮了重要作用。

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中國空間站如何滿足航天員長期駐留需求，讓他們更高效地工作、更舒適地生活？高鐵的駕駛艙該如何佈局、降低操作失誤的風險？智慧住宅改造怎樣實現高效自然互動，提供便利個性化服務、打造舒適安全的宜居環境？手機屏幕的界面設計怎樣提升用戶體驗……

要回答這些或大或小的問題，繞不開一個詞——人因工程。

人因工程是什麼？2024人因工程與智能系統交互國際會議近日在深圳召開。多位中國科學院和中國工程院院士、來自國際工效學協會和多個境外工效學學會組織的頂尖研究者與國內人因工程領域專家走上講台，圍繞推動人因工程與智能系統交互發展、提升智造與工業化水平等展開討論，助力培育新質生產力和經濟高質量發展，也為大家進行了深入淺出的科普。

「人因工程倡導以人為中心，其實質是讓科技成果惠及全體人民，增強人民群眾的安全感、幸福感。」國際宇航科學院院士、人因工程全國重點實驗室主任、中國載人航天工程原副總設計師陳善廣解釋，人因工程是研究系統中人與其他要素之間交互作用的學科，並運用相關原理、理論、數據與方法開展系統設計，以確保系統實現安全、高效且宜人的目標。

大到中國空間站、核電站等「國之重器」，再到醫療康復機器人、建築改造，小到手機屏幕界面、閱讀燈設計等，深入觀察會發現，人因工程看似遠在天邊，實則近在眼前。在人工智能高歌猛進的過程中，它冷靜地思考人與機器的關係，讓高科技服從人類的指揮棒，於無形處守護人類安全、創造舒適生活。

    人因工程目標：安全、高效且宜人

簡單來說，一切由人製造的、有人參與控制或使用的產品/系統，都是人因工程的研究對象。這一學科的理念是「以人為中心，讓機器適應人」，最終目標是確保系統安全、高效且宜人。

當我們為每天16次經過祖國上空的中國空間站自豪時，腦海中首先浮現的是英雄航天員，是巧奪天工的太空艙，是不斷突破新技術的長征火箭……而隱身在這一切後面的人因工程，貫穿在航天員系統的每個環節，大眾難以察覺。也因此，航天五院中國載人空間站系統的總設計師楊宏院士，多次到人因工程大會作講座，本次則是主持人。

全世界進入太空的到目前不過數百人，國際空間站和中國空間站同時在軌運行，持續有航天員駐留。而空間特有環境因素，會給航天員的認知和操作能力帶來很大影響。比如，失重會導致骨丟失、肌萎縮，降低人的運動操作能力，狹小空間、持續噪聲以及晝夜時長變化，可能引起生物節律紊亂、睡眠問題和心理異常反應，影響人的認知。

中國載人航天一直把「萬無一失」當作目標，而這沉甸甸的期望背後是什麼科學理論和方法在支撐？

「太空環境異常嚴酷，必須處理好航天員、航天器、航天環境之間的關係，確保航天員在軌安全、舒適、高效地工作。這就需要上天所用產品及系統的設計既要考慮到人的局限性，也要考慮到人的優勢，這是人因工程的核心內涵。」陳善廣說，人因工程全國重點實驗室這些年發現並協同解決了大量關鍵人因設計缺陷，提升了載人航天器防止重大人因失誤設計水平，確保了中國空間站建造期4次飛行任務累計600餘天航天員安全高效工作。

當航天員漫步於太空，在惡劣的太空環境中保護他們軀體的是身上的一個小型航天器——艙外服，此時能勝任他們「工作夥伴」的則是一個智能機器人——空間機械臂。人類走向深空，離不開機器；而若機器為王、替代了人，人又有什麼意義和價值？

可以說，載人航天任務本身就是一次巨大的人因工程試驗，人與機器完美協作才能在太空奏響人類勇氣的讚歌。處理好人、機器和環境的關係，中國載人航天這些年一直將人因工程以人為本、智能向善的理念貫穿其中。

「人因工程是一種理念，也是一種方式方法，在載人航天領域運用得非常成熟，應融入工程設計全過程。」陳善廣說。

水善利萬物而不爭。在陳善廣看來，人因似水，你若需要，我便湧來，彌補你的不足、托舉你向上；你若成功，我便隱於無形，不會爭奪你的光輝。

陳善廣及其團隊2016年倡議發起首屆中國人因工程高峰論壇，每年一屆，連續8年的堅守，初心與情懷不變，持續推動人因學科在中國的發展。不僅航天領域，人因工程的涓涓細流已浸潤至各行各業，以及人類生活的各個領域。

當高鐵飛馳在遼闊山川，一枚小小硬幣卻能在車廂內的桌板上屹立不倒——這是不少外國博主在乘坐中國高鐵時反復實驗、展示的經典鏡頭。而這一場景在中國中車集團首席科學家王軍眼裡，就是運用了人因工程的理念，如此才能保證高鐵的平穩快速運行。

作為實現我國高鐵裝備全產業鏈高水平自主可控的領軍人，王軍非常重視在列車設計過程中運用人因工程理念：「最大故障挑戰和人為因素有關，駕駛艙要更智能，輔助好駕駛員。」因此，他們根據人因工程的原則優化駕駛艙佈局，將各類操作設備、儀表的位置按照駕駛員的操作習慣和視覺範圍進行合理放置，方便駕駛員在行車過程中快速、精準地讀取信息並進行操作，降低操作失誤的風險。

近20年來，在國家載人航天工程以及大型飛機、高鐵、核電站等國家重大計劃和專項的支持下，我國在人因工程學研究與應用方面取得了一批原創性理論和技術成果。這些成果於無聲處護佑中國從大國重器到居家日常的安全，並不斷拓展著人類能力的邊界。

    智能向善，人字當先 

人因工程，「人」字當先，「以人為本」是其不變的理念。

關於人與機器的關係，人類早在18世紀末就開始思考這一問題。從蒸汽時代機器「解放人的體力」、電氣時代機器「增強人的效率」，到信息時代「拓展人的能力」、智能時代「提升人的智力」，人機關係不斷髮生轉變。

當世界高新科技向著智能時代高歌猛進時，人因工程大會則一次次警醒人們：人工智能是天使還是魔鬼？是科技帶著人，還是人指揮機器？我們是像《摩登時代》中的卓別林一樣在流水線上當一個螺絲釘或者「人肉電池」，還是要把領導權指揮權牢牢地掌握在人類自己手中？

站在此次大會的講台上，中國科學院心理研究所研究員張警籲發問：「是不是智能產品一定能給人帶來安全和更好的體驗？」

他認為，在智能系統的設計中，如果不尊重人的特性，會導致嚴重的後果。比如，國外某知名品牌越野車的所謂智能擋位由於按鍵設計容易混淆，造成車禍不斷，不得不大量召回。

這名心理學研究者在現場帶大家重新審視了電影《薩利機長》：在完成了高難度的河面迫降之後，薩利機長竟然被抓了。直到把飛機殘骸打撈出來才發現，薩利機長是對的。面對飛機雙發失靈但系統只報告單發故障的極端危機，薩利機長憑藉豐富的經驗和冷靜頭腦，正確判斷出飛機無法飛抵備降機場，必須在哈德遜河上緊急迫降。而如果跟隨系統指令，只會讓這架飛機上的人陷於危境。這再次凸顯了「人」相對當前人工智能所體現的優勢。

張警籲告訴記者，他現在的主要工作就是找到這些人擅長的特殊能力，通過人因設計把人的這些能力更好發揮出來，比如利用人對生物運動的自然感知能力來設計新的車外交互系統，利用外周視野信息低認知資源消耗的特點來保持自動系統乘員對環境的持續感知，等等。

擁抱新科技，但要「以人為本、智能向善」。第十三屆全國政協副主席辜勝阻指出，習近平主席提出的《全球人工智能治理倡議》，為人工智能治理貢獻了中國智慧和方案。

會議過程中，大會主席陳善廣反復強調「以人為本」，在任何時候，人都是第一位的。機器要為人服務，而非喧賓奪主。

「人機關繫在現代社會中的重要性不言而喻，它既是人類生活和工作的重要組成部分，也反映了人與人之間的深層次聯繫。」陳善廣說，通過人因工程，設計者與使用者之間的聯繫更加緊密，產品的設計和優化更加符合人的需求和期望。

在他看來，未來，隨著智能化水平的提升和人文需求的融合，人因工程將面臨更多挑戰和機遇。人與智能體間的合作範疇將從人智協同認知系統、人智協同生態系統走向人智共生社會系統。

    人適應機，轉向機適應人

第一屆人因工程高峰論壇舉辦時陳善廣曾預言，當前中國處於工業2.0與3.0的混搭狀態下，系統化地加入對人的極限和適應能力的研究，加入「人-機-環境」的深度互動研究，加入對人的心理和情緒的全面關懷研究，必將助推中國科技躍遷。

當時他對這門學科的期待是，迎接中國製造2025，人因工程不僅將挑戰工業4.0，更要迎接未來30年中國科技的大爆發。

如今，智能化、元宇宙、數字孿生進入千家萬戶。在工業領域，我國已建成全球規模最大、技術領先的網絡基礎設施，「5G＋工業互聯網」加速融合，AI賦能製造業數字化轉型，以機器視覺、數字孿生工廠、工業機器人等為代表的智能工廠建設都在加速。

中國工程院院士、浙江大學求是特聘教授譚建榮在演講中指出，如今，實體經濟數字化和數字經濟實體化趨勢不可阻擋。「我們要實現數字轉型，首先要保證數字經濟立足於實體經濟。」

中國製造企業轉型升級包括數字化製造、網絡化製造和智能化製造。「人類有許多夢想，不是所有夢想都能實現。然而，一種技術卻能使夢想在感知中實現，這就是虛擬現實技術。虛擬現實與設計技術的結合，是設計史上一場劃時代的革命。」譚建榮說。他是實踐派，一直在身體力行。

李德仁院士多次參加人因工程大會，2023年他榮獲國家最高科學技術獎。面對記者「與上次講的有什麼不同」的提問，他神秘地伸出手指，「我帶來了新東西」。

他帶來了新研究成果——《論無所不在的時空智能》。他給大家報喜：人因工程在助力我國測繪遙感從傳統向AI飛躍中發揮了重要作用。目前，我國擁有5G基站400萬個、遙感衛星數量近300顆，已初步形成全天候、全天時、全球覆蓋的高解像度對地觀測能力，實現了商用5G單基站室內環境下高精度高可靠定位，定位精度達到1-2米。這些技術已經廣泛應用於日常手機定位、智慧物流、抗洪救災、航天探月等社會生活的方方面面。

在陳善廣看來，中國的工業化進入到新階段，各個環節都應從「人適應機」轉向「機適應人」。這是陳善廣一直呼籲的話題。

「智能化的趨勢已經無法逆轉。如今科學研究發展很快，當機器覺醒，具有學習和自我進化的能力，與人合作完成任務時如何加以控制？」陳善廣建議，把規則嵌入到機器人的底層構造中。他與相關團隊承擔了國家自然科學基金重大項目「複雜人機緊耦合系統的人因安全理論研究」，對複雜系統智能化帶來的人因安全問題進行深入研究。「中國科學家和重要機構需要形成共識，因為這是大國責任！」他說。

    構建跨學科交叉育人大平台

「青年人才培養是頭等大事。」趙沁平院士曾任教育部副部長，一向重視交叉育人、產教協同育人。他認為，智能交互離不開產業應用，離不開工業，離不開國際同行的幫助和支持。而人因工程正是一個培養青年人才的交叉學科。

據介紹，早在2016年，中國航天員科研訓練中心人因工程全國重點實驗室倡議發起舉辦中國人因工程高峰論壇，先後在深圳、杭州、長沙、上海等地舉辦了7屆，成為業內具有較大影響力、非營利性的綜合性學術交流平台。前7屆大會，參會的都是我國院士、總師，吸引了很多85後、90後年輕科研人員、裝備研究設計人員參加。

1983年出生的張警籲博士連續參加了4次人因工程高峰論壇。他告訴記者，從北大心理系畢業前，他原本打算出國。後來他瞭解到，中國將會成為世界上起降飛機最多的國家，這除了需要更大更好的機場，也需要更加精準和安全地指揮調度飛機。這時，空管員的調度能力成為整個系統的關鍵。而工程心理學不僅可以幫助更精準地預測空管員的負荷水平，更好地做到「削峰填穀」，還能夠指導各種新型交互技術的開發，提高空管員的調度能力和整個系統的承載能力。他留在了國內，開始參與這項事業。

第一次參加人因工程高峰論壇時，他還是一名助理研究員。

他發現，要研究並提升空管員的調度能力，涉及心理學、空中交通管製、計算機科學、生物醫學、人體工程學等方面知識，高度跨學科、高度交叉，與陳善廣提出的人因工程是「順應國家工業革命技術迭代的大趨勢，建立的複雜巨系統：特殊裝備、特殊人員、特殊環境、特殊任務」的「四特」完全吻合，符合解決這個問題的根本需要和自身的研究旨趣。

於是，他浸潤其中，將人因的理念進一步延伸到智能手機、汽車座艙和航空器設計等領域，以心理學的視角切入人因工程，幫助長安、華為等企業進行有關研究和專項設計。這次參會，已經是研究員的他，帶來題為《基於心理學原理的人與智能系統高效協同方法研究》的報告。

近幾屆人因大會都有機器人和機器裝甲的介紹。此次，吉林大學博士生導師任雷帶來了他的研究成果，要讓機器人走路不再像機器那樣關節扭曲，而是「閑庭信步」。

這項研究的一個目的是服務高位截癱患者。任雷向與會者展示了穿上假肢機器人的患者上下樓的情景。假肢的膝蓋就是一個機器人，能猜測主人的動作意圖。而模仿手和手臂的假肢機器人，則可以夾筷子、抹護手霜、撚撲克牌，甚至穿針引線、開瓶蓋。精準的複雜動作已高度類人，讓不少國外研究者大開眼界。

本屆大會的另一亮點是香港、澳門、台灣同胞走上講台，就所從事的研究領域和與會者進行廣泛交流。

台灣新竹清華大學終身榮譽教授王明揚對老祖宗的智慧充滿敬意。他說，古代戰車，車高四尺，讓士兵更容易登車。車上武器，戈、戟、矛，最長的不超過身高的3倍。因為太長不好使，容易造成車上士兵的傷害。「我們以為古人用的戈，就是一個圓的棍子加上一把刀。實際上，戈的棍子是橢圓的，有利於士兵出招的時候掌握刀的方向，更加精準。」

當王明揚教授說到「我們團結起來，一起為中國人因工程發展作出讓外國人眼前一亮的貢獻」時，全場熱烈鼓掌。

陳善廣指出，人因工程近年來在中國取得了長足發展，也反映出我國工業製造的活躍度與發展水平。本屆是首次由中國學者主導的人因工程方面的國際會議，也是中國人因學科發展的重要階段性標誌。目前，各項數據表明，無論是中國人因學者的規模，還是在國際上的學術影響力，我國人因工程學科建設及發展水平已走在世界前列。

未來人因工程如何發展？陳善廣表示，人因工程研究的技術方法跨越諸多學科，依賴於相關學科的技術發展，其自身基礎理論和技術的研究深度不夠，已有技術和方法的效度已不適應時代要求，基礎數據、規律、技術方法的儲備也無法滿足應用需求。他建議從國家層面高度重視人因基礎理論研究的規劃佈局，大力加強基礎教育，深化人因工程共性科學與技術研究。特別是面對智能時代的挑戰，應規劃人因工程新的發展路線圖。

未來已來，行則將至。

中青報·中青網記者 孫慶玲 堵力

責任編輯：崔麗,王國強