面向智能制造的人因工程研究與發(fā)展

陳歡勤

[摘? ? 要]智能制造領(lǐng)域?qū)θ艘蚬こ痰膽?yīng)用，將“以人為本”作為了基本理念，本文以人、信息技術(shù)以及物理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對三者之間的關(guān)系進行了研究和解決，為系統(tǒng)運行提供了安全、高效的保證。根據(jù)人在智能制造系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用，對智能制造技術(shù)中的人因工程的作用進行了系統(tǒng)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(xué)科建設(shè)、科學(xué)研究以及社會關(guān)注等策略，來促進智能制造的進一步發(fā)展，其主要涉及到了對頂層戰(zhàn)略設(shè)計的加強、定量定性研究的加強等內(nèi)容，以供參考。

[關(guān)鍵詞]智能制造;人因工程;研究與發(fā)展

[中圖分類號]TH16 [文獻標(biāo)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(tǒng)的提出是在20世紀(jì)，通過對其的長期探索和發(fā)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(fā)展越來越趨向于數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化，目前，智能制造的發(fā)展獲得了全新的方向。智能制造系統(tǒng)在經(jīng)過不斷的發(fā)展后，學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界對人在系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用、人帶來的影響以及人機之間的關(guān)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(diào)：“智能制造是一個概念上的大系統(tǒng)，這一大系統(tǒng)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(shù)，需要在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)貫穿于各個環(huán)節(jié)中，并對系統(tǒng)進行相應(yīng)的優(yōu)化集成，以此來為企業(yè)提供更高質(zhì)量的產(chǎn)品、更高的效益以及高水平的服務(wù)，以此來促進企業(yè)的不斷創(chuàng)新。”該報告通過與HCPS范式的結(jié)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(biāo)準(zhǔn)體系中對智能制造的建設(shè)提出了指導(dǎo)：在架構(gòu)智能制造系統(tǒng)的過程中，對相關(guān)活動、裝備以及特征等智能制造內(nèi)容的描述，需要從三個維度展開，也就是生命周期、系統(tǒng)層級以及智能特征。其中涉及的就是與企業(yè)各項約束條件，以及所需要使用的技術(shù)的結(jié)合，來對研發(fā)活動的過程進行構(gòu)造、仿真以及驗證等;生產(chǎn)指的是物品實體由供應(yīng)地流動到接收地的過程;銷售指的是企業(yè)通過經(jīng)營活動，將產(chǎn)品或商品等向客戶手上進行轉(zhuǎn)移;服務(wù)指的是提供者在接觸客戶的過程中，對一系列活動的產(chǎn)生過程及產(chǎn)生結(jié)果，例如回收等[1]。

人的因素涉及到了較多內(nèi)容，到目前為止其在學(xué)術(shù)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(tǒng)中人所扮演的角色、發(fā)揮的作用以及工作類型等，是“人的作用”研究的主要內(nèi)容。在生產(chǎn)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(chǎn)工具有所聯(lián)系，此類聯(lián)系就是所謂的“人機關(guān)系”，其主要涉及到了人機交互、人機合作等內(nèi)容。人因工程也能夠稱為人類工效學(xué)，是工程技術(shù)學(xué)科中最為重要的一門學(xué)科，對其的研究需要對生理、心理以及生物力等多個學(xué)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(huán)境三者之間存在著怎樣的關(guān)系，有著怎樣的影響規(guī)律，并對其進行合理的結(jié)合，以此來根據(jù)人的身心等特點對程序以及產(chǎn)品等進行設(shè)計，最終實現(xiàn)對工作效率的提升，為產(chǎn)品和人們提供質(zhì)量、安全、健康等保障。

在智能制造系統(tǒng)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(shù)以及環(huán)境為基礎(chǔ)，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(yè)等方面的特點，并對其進行了利用，在智能制造系統(tǒng)中合理的設(shè)計了相關(guān)工具以及人員的安排等，為工程技術(shù)領(lǐng)域的智能制造，提供了更加高效、安全、舒適以及有效的系統(tǒng)。圖1所給出的智能制造所研究的人因工程內(nèi)容示意圖，在系統(tǒng)的整個生命周期內(nèi)應(yīng)用了智能制造技術(shù)。當(dāng)然，也可以根據(jù)不同的層級和智能特征，提出智能制造系統(tǒng)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(guān)系等內(nèi)容進行了研究，在智能制造系統(tǒng)的各個生命周期內(nèi)進行了分布，也就是說智能制造系統(tǒng)需要在各個環(huán)節(jié)，從各個方面對人因工程加以考慮。例如，在設(shè)計智能產(chǎn)品的過程中對用戶個人偏好的融入，在智能生產(chǎn)階段臨時對設(shè)計人員介入權(quán)限的設(shè)置等。同時，智能制造技術(shù)在各個人因工程子領(lǐng)域中的應(yīng)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(lǐng)域做出全新的解讀，也可能對應(yīng)用做出創(chuàng)新[2]。

2 人因工程所面臨的挑戰(zhàn)

2.1 學(xué)科層面

人因工程在智能制造系統(tǒng)中主要包含的學(xué)科有：腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)以及哲學(xué)等，并且所結(jié)合的理論和方法有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機器人技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)等，從總體上來說，涉及到了各個學(xué)科的知識和技術(shù)，邊緣化是其存在的主要風(fēng)險。例如，針對人因工程來說，由于學(xué)科發(fā)展起步較晚，因此，人因工程被作為了人機環(huán)境、工業(yè)等工程學(xué)科的一個方向，還沒有對其重要性和內(nèi)涵引起重視;針對智能制造系統(tǒng)來說，這一概念受到的關(guān)注越來越大，不斷有企業(yè)在機器人技術(shù)以及人工智能技術(shù)等方面投入了重金，卻沒有對人這一重要因素引起關(guān)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(fā)展的過程中，也面臨著許多問題，例如，采用智能技術(shù)的機器人是否能夠?qū)崿F(xiàn)對人的完全替代，怎樣才能對工人的就業(yè)以及智能化技術(shù)的應(yīng)用進行良好的協(xié)調(diào)等等。所以，數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及智能技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用，所產(chǎn)生的倫理道德問題、工作就業(yè)問題等，是人因工程在智能制造系統(tǒng)中需要面臨的全新挑戰(zhàn)[3]。

3 人因工程的進一步發(fā)展

3.1 與國家頂層戰(zhàn)略的對接

需要在國家的制造強國戰(zhàn)略、人工智能戰(zhàn)略以及質(zhì)量強國戰(zhàn)略和體系中加入人因工程，以此來扭轉(zhuǎn)當(dāng)前被動的“重硬輕軟”局面。從設(shè)計和行業(yè)宣貫方面對頂層戰(zhàn)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(tǒng)中進行實踐。智能制造領(lǐng)域需要將人因工程這一理念和方法加入到相關(guān)政策、制度以及標(biāo)準(zhǔn)中，以此來促進各個智能制造領(lǐng)域中對人因工程的應(yīng)用。并且需要將人因工程試點工作應(yīng)用到更多相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)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(xué)科體系的完善

信息技術(shù)在經(jīng)過不斷的發(fā)展后，人、物理技術(shù)以及信息技術(shù)已經(jīng)是不可或缺的三大智能制造系統(tǒng)組成部分，以往系統(tǒng)所采用的“人、機、環(huán)境”理論需要向著“人、信息、物理系統(tǒng)”的方向升級。以“人”為關(guān)鍵，對HCPS理論體系和學(xué)科體系進行完善地構(gòu)建，以此來使智能制造系統(tǒng)能夠通過研究和發(fā)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(tǒng)構(gòu)架、最佳應(yīng)用實踐等HCPS內(nèi)容。

3.3 對定量研究與評測的加強

在應(yīng)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(biāo)相比定量指標(biāo)更多，主觀評價相比可觀評價更少等。因此，需要根據(jù)相關(guān)定量客觀建立完善的技術(shù)和指標(biāo)，以此來進行測試和評價工作。因此，智能制造領(lǐng)域需要建立系統(tǒng)中心來對人因工程進行測評，以此來為各類系統(tǒng)產(chǎn)品提供規(guī)范、高效以及可靠的人因測評。同時，智能制造領(lǐng)域中需要根據(jù)相關(guān)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(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

對技術(shù)和裝備應(yīng)用的創(chuàng)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(jīng)驗和知識更好的向信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，并由智能制造系統(tǒng)進行集成，進而使系統(tǒng)具備更強的復(fù)雜問題處理能力，主要涉及到了深度學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)等技術(shù);其次是制造系統(tǒng)在高度自動化或智能化實現(xiàn)之前，怎樣通過對新技術(shù)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(shù)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(shù)有智能裝備、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等?？偟膩碚f，需要對人和機器進行綜合的考慮，并通過對各種新興技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，來為智能制造構(gòu)建全新的系統(tǒng)。

3.5 對日后的工人和工作的研究

隨著不斷發(fā)展的人工智能技術(shù)以及機器人技術(shù)等，大部分人產(chǎn)生了不安的感覺。因此，通過人因工程在智能制造系統(tǒng)中的應(yīng)用和研究，能夠使不確定性得到進一步的排除，能夠預(yù)測和控制系統(tǒng)的運行;通過對人際關(guān)系的和諧構(gòu)建，能夠使人和機器的相處更加和諧;通過對新技術(shù)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(chǎn)出比、日后工作分工等方面加強對智能技術(shù)的研究[5]。

4 結(jié)束語

從總體上來說，智能制造的發(fā)展越來越趨向于數(shù)字化以及網(wǎng)絡(luò)化，目前，智能制造的發(fā)展獲得了全新的方向。人因工程在智能制造系統(tǒng)中的應(yīng)用，需要通過與國家頂層戰(zhàn)略的對接、對HCPS學(xué)科體系的完善、對定量研究與評測的加強、對新型技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)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(fā)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(xué)改革探索[J].中國教育技術(shù)裝備，2018（4）：123-125.

[2] 劉捷.現(xiàn)代制造系統(tǒng)中人因工程的應(yīng)用研究[J].企業(yè)導(dǎo)報，2013（18）：40-41.

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

[4] 蔡國華.面向現(xiàn)代機械工程的知識工程技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J].區(qū)域治理，2018（36）：247.

[5] 夏國洪，李伯虎，唐曉青，等.復(fù)雜系統(tǒng)（產(chǎn)品）集成制造工程的技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國工程科學(xué)，2005，7（9）：49-55.