基于人-系統(tǒng)整合的復(fù)雜系統(tǒng)人因分析研究

余 陽，黃天成，王 鑫，廖 鎮(zhèn)，楊 超，王奧博

(1. 中國船舶集團有限公司綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院, 北京 100081；2. 北京交通大學(xué), 北京 100044)

0 引 言

復(fù)雜人機系統(tǒng)是由人和機器在開放、動態(tài)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)境中所構(gòu)成并依賴于人機之間相互作用而完成一定功能的有機系統(tǒng)。為了提高復(fù)雜人機系統(tǒng)在全生命周期的開發(fā)效率并降低總體成本，人因（human factors/ergonomics， HF/E）評估必須從概念設(shè)計階段開始，進行需求分析并應(yīng)用于整個設(shè)計過程。復(fù)雜人機系統(tǒng)內(nèi)部各人機子系統(tǒng)相互作用，且往往面臨著動態(tài)的任務(wù)需求，因此針對復(fù)雜人機系統(tǒng)實施傳統(tǒng)的人因評估較為困難[1]。復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因評估涉及由概念、設(shè)計到使用與廢棄的整個生命周期，同時系統(tǒng)內(nèi)部各組件之間相互交互，系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)生動態(tài)的變化。這些交互與變化涉及到物理和認知2 個層面的人機交互，因此針對復(fù)雜人機系統(tǒng)實施人因評估活動的復(fù)雜性將顯著增加。

復(fù)雜人機系統(tǒng)的分析與設(shè)計需要在系統(tǒng)全生命周期進行人機之間的任務(wù)和功能分析[2]。然而傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計及工作設(shè)計分析并未充分考慮系統(tǒng)人員的能力。人因評估在關(guān)注系統(tǒng)人員的安全、健康與舒適的同時，考慮了人機協(xié)同績效的共同提高[3]。認知工作分析使系統(tǒng)任務(wù)與人的能力協(xié)調(diào)一致，并且將系統(tǒng)參與人員與系統(tǒng)整合為一個整體[4]。除了上述特征之外，復(fù)雜人機系統(tǒng)還面臨著動態(tài)的任務(wù)需求，基于工作域分析的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計方法繼承了認知工作分析的框架，動態(tài)描述了系統(tǒng)組件的功能及其重要程度[1]。工作組織作為復(fù)雜社會技術(shù)系統(tǒng)的組成部分也是系統(tǒng)設(shè)計的重點之一。工作組織與系統(tǒng)的兼容設(shè)計將在考慮參與人員健康的同時有效提高系統(tǒng)的效率[5]。

當(dāng)對現(xiàn)代大規(guī)模復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)實施人因評估時，系統(tǒng)的分析模型至關(guān)重要。此類分析與系統(tǒng)人機工程的相關(guān)研究較為密切，其主要觀點認為復(fù)雜人機系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)關(guān)注6 個系統(tǒng)特征，即系統(tǒng)焦點、系統(tǒng)邊界、人機交互、整體主義、系統(tǒng)的變化性，以及在實踐中開展人因分析[6]。這些系統(tǒng)特征應(yīng)當(dāng)受到人因工作者的格外重視，焦點特征表示在進行人因評估時需要識別特定的人機元素，因此系統(tǒng)被視為不同子系統(tǒng)的組合[7]。系統(tǒng)的邊界沒有明確的規(guī)定，但一般認為其需進行靜態(tài)的事先定義[8]。相較于設(shè)備功能，系統(tǒng)更關(guān)注人機交互的過程，這也被認為是人因評估的主要內(nèi)容。整體主義表示雖然評估的內(nèi)容聚焦于子系統(tǒng)或子單元，但是這些組件之間的聯(lián)系以及系統(tǒng)內(nèi)外因素的驅(qū)動使人因評估必須同時關(guān)注系統(tǒng)的整體。系統(tǒng)的變化性表示隨著系統(tǒng)生命周期的發(fā)展，須依靠輸入或管理來維持人機系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。人因分析并不能獨立于系統(tǒng)運作存在，其必須在實踐中開展，這也是人-系統(tǒng)整合的主旨之一[9]。然而，針對復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因分析活動不僅跨域了系統(tǒng)的整個生命周期，并且需要考慮系統(tǒng)組件之間的相互作用。上述分析一般聚焦于若干系統(tǒng)特征，無法從復(fù)雜系統(tǒng)整體上考慮人因評估的內(nèi)容。因此，對復(fù)雜人機系統(tǒng)實施有效的人因評估需系統(tǒng)性的分析模型，以降低評估的復(fù)雜度并減少評估周期。

人因?qū)＜乙呀?jīng)在將人因工程盡早整合到系統(tǒng)設(shè)計中以改善系統(tǒng)的綜合運營績效方面達成共識，但在系統(tǒng)周期的各個階段應(yīng)用人因工程的方法還缺乏明確的指導(dǎo)。將人因工程應(yīng)用于生產(chǎn)設(shè)計的框架描述了人因分析的核心過程，該過程包含若干相互關(guān)聯(lián)的階段，在各個階段提出相應(yīng)的理論，并對人因工程師與設(shè)計師的意見進行了有效的整合與收集[10]。通常產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)被劃分為若干階段，并且在每個階段均需要人因工程的應(yīng)用[11]。船舶設(shè)計的人因評估相關(guān)研究提出了系統(tǒng)性的評估方法，即將根據(jù)不同的評估場景（如疏散場景和普通場景）對不同的功能組合進行評估[12]。另外，人因分析也常使用人因失誤分析與分類系統(tǒng)，其被應(yīng)用于各種復(fù)雜人機系統(tǒng)的人誤因素識別[13–14]，其本質(zhì)上是將人為因素進行預(yù)定義并使用系統(tǒng)分類的思想識別人因評估對象的特征。然而，這些傳統(tǒng)的人因分析方法還沒有從系統(tǒng)全生命周期的角度分析復(fù)雜人機系統(tǒng)人因設(shè)計的多個維度和方面。

人-系統(tǒng)整合（human-system integration，HSI）是指在系統(tǒng)工程生命周期內(nèi)將人的能力與局限性進行綜合考慮的過程或方法。HSI 要求在設(shè)備研制中確保技術(shù)和人的平衡發(fā)展，通過對系統(tǒng)進行規(guī)范、設(shè)計和評估來確保人類科學(xué)知識的應(yīng)用。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13407 中提出了“以人為中心的系統(tǒng)設(shè)計”的原則，以確保在系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)過程的任何階段都要對系統(tǒng)的潛在用戶給予足夠的重視。HSI 是將人為因素應(yīng)用于整個安全關(guān)鍵型行業(yè)的社會技術(shù)系統(tǒng)的主要方法，該方法已經(jīng)成功地在從國防部門到醫(yī)療部門的各種行業(yè)中開發(fā)出來，并具有各種形式的應(yīng)用[15]。在礦產(chǎn)開采行業(yè)，HSI 計劃能夠考慮人與自動化的動態(tài)交互影響，以達到降低安全和健康風(fēng)險的目的[16]。HSI 流程也被應(yīng)用于分析工人與制造設(shè)備之間的交互作用，以實現(xiàn)在進行制造系統(tǒng)詳細設(shè)計的同時考慮人的因素[17]。在現(xiàn)代大規(guī)模復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)背景下，HF/E 知識也經(jīng)常用于HSI 目的[18]。其涉及將人類能力（認知，身體，感覺和團隊動力）的理解集成到系統(tǒng)設(shè)計中，從概念化開始一直到系統(tǒng)廢棄為止。為了實現(xiàn)HSI 設(shè)計，人因工程在系統(tǒng)知識管理過程中起到了重要作用[19]。在系統(tǒng)整合的過程中，一些特定于人的問題亟待解決，如人的可靠性預(yù)測[20]、工作量評估[21]、態(tài)勢感知分析[22]、知識生命周期管理[23]等。這就需要從HF/E 角度考慮，強調(diào)由人類進行系統(tǒng)整合過程的必要性[24]。因此假設(shè)HSI 將為復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因分析提供強有力的理論支撐。為了更加高效、動態(tài)地實施人因評估，需要一種更高維度的框架將復(fù)雜人機系統(tǒng)進行系統(tǒng)性的劃分與重組。在此基礎(chǔ)上，采用自上而下的方法將系統(tǒng)完備地劃分為更低等級的子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)亦可跨越不同的評估階段，包含不同角色的評估人員。對相對簡單的子系統(tǒng)實施人因評估，提高了系統(tǒng)的評估效率。整體而言，這一基礎(chǔ)工作也將支撐復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因評估活動。

1 基于“系統(tǒng)-人員-階段”框架的三維度人因分析模型

在系統(tǒng)中實施HSI 流程不僅需要考慮系統(tǒng)人員的績效，而且需要確保其可靠性、安全性、生存適應(yīng)性。然而對于復(fù)雜人機系統(tǒng)而言，HSI 活動實際上是系統(tǒng)工程與行為科學(xué)的整合。為此，需要使用自上而下的需求分析（top down requirements analysis, TDRA）以解決主要的人員配置問題[18]。根據(jù)系統(tǒng)人因工程的相關(guān)理論，實施上述HSI 活動的關(guān)鍵對復(fù)雜人機系統(tǒng)采取高效、準(zhǔn)確的人因分析及人因評估。TDRA 是需求驅(qū)動的，它突破了復(fù)雜系統(tǒng)依據(jù)原型設(shè)計或改進的局限性。人因分析的目標(biāo)之一就是在需求驅(qū)動的前提下，準(zhǔn)確定義系統(tǒng)邊界、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)復(fù)雜性等概念。本文提出的人因分析模型是在基于HSI 流程設(shè)計方法和系統(tǒng)逐層劃分方法的基礎(chǔ)上構(gòu)建的。這些系統(tǒng)概念的定義及系統(tǒng)分析方法將直接影響需求分析的結(jié)果，以及進一步的人因分析和評估結(jié)果。

然而復(fù)雜系統(tǒng)的復(fù)雜度體現(xiàn)在信息量及信息處理的復(fù)雜性、決策及選項的數(shù)量、動作的復(fù)雜性，以及人員及人機通信的復(fù)雜性等眾多方面。對于復(fù)雜系統(tǒng)不同的生命周期及在使用階段不同工況轉(zhuǎn)變下，系統(tǒng)的復(fù)雜度是動態(tài)變化的。采用自上而下的系統(tǒng)劃分方法，逐層細化諸如組織與環(huán)境、通信過程、信息、硬件及軟件等系統(tǒng)元素，就可以將動態(tài)的系統(tǒng)元素固化到相對穩(wěn)定的單一人機系統(tǒng)。進而使用相對成熟的人因分析與評估方法[25]，并且使用績效評估（measures of performance，MOP）及有效性評估（measures of effectiveness，MOE）。

從HF/E 的角度來看，人是系統(tǒng)的主導(dǎo)者，是智能系統(tǒng)的必要組成部分，僅憑系統(tǒng)的自動化難以保證監(jiān)視、計劃、理解、決策、感知等系統(tǒng)功能要求?，F(xiàn)代的復(fù)雜人機系統(tǒng)中人機關(guān)系發(fā)生了進一步的融合與共生，在此背景下進行人因分析與評估必須分析人的特征與組織。人的特征既需要考慮生理、心理的屬性，也需要考慮不同職能的人員績效與經(jīng)驗的不同。在社會技術(shù)系統(tǒng)中人員的組織與管理對系統(tǒng)綜合績效的影響更加重要。因此，復(fù)雜人機系統(tǒng)的集成也可概括為任務(wù)、人員、組織及環(huán)境。HSI 將人與復(fù)雜人機系統(tǒng)有機的結(jié)合起來，并且指導(dǎo)設(shè)計師、人因工程師、管理員、用戶在系統(tǒng)的全生命周期的各個階段進行有機的結(jié)合。從可持續(xù)設(shè)計的角度出發(fā)，復(fù)雜系統(tǒng)的綜合評估還涉及不同的文化視角，如等級主義者、個人主義者及平等主義者[26]。

在HSI 流程的指導(dǎo)下，人因評估活動不僅僅存在于典型的分析與評估階段，而應(yīng)該從系統(tǒng)的概念出發(fā)直至系統(tǒng)廢棄，持續(xù)開展以人為中心的人因評估實踐活動。在概念階段開展人因分析有助于減少因不確定的設(shè)計要求而增加的概念設(shè)計復(fù)雜性[27]。除此之外，在制造階段使用功能-行為-結(jié)構(gòu)框架分析工人與制造設(shè)備之間的交互作用，以評估制造系統(tǒng)的設(shè)計[17]。通過對流水線平衡和零件的綜合規(guī)劃，也可預(yù)防人因風(fēng)險[28]。也有研究表明，可將人因分析整合到精益生產(chǎn)的實施中，在確保工人健康的同時提升系統(tǒng)績效[29]。在使用階段，對工作環(huán)境進行人因評估可減輕肌肉骨骼疾病的患病風(fēng)險。維修與廢棄階段，人因工程將作為輔助分析手段，幫助項目管理完善相關(guān)的HSI 活動。英國國防標(biāo)準(zhǔn)對人因整的劃分為6 個階段，概念（concept），評估（assessment），論證（demonstration），制造（manufacture），使用和廢棄（in-service& disposal）和生命周期CADMID。

人因評估的內(nèi)容及目標(biāo)不可避免地受到人-系統(tǒng)“組合”的影響，不同的角色與不同的系統(tǒng)元素之間發(fā)生相應(yīng)的交互，并且在全生命周期的視野下，宏觀系統(tǒng)的參與角色以及系統(tǒng)元素的狀態(tài)都會隨著階段的變化而變化。因此，人員-系統(tǒng)元素-階段所指定的對象就能夠映射到特定的評估子單元，如圖1 所示。針對該評估單元，HF 專家可以使用相關(guān)經(jīng)驗選擇準(zhǔn)確的人因評估方法及指標(biāo)。這種使用人-系統(tǒng)-階段3 個維度，分析和選擇“典型”人因評估單元的方法，一方面有助于人因評估方法和指標(biāo)的準(zhǔn)確選擇，另一方面可以顯著提升全生命周期的復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因評估效率。因為直接對全生命周期的復(fù)雜人機系統(tǒng)進行人因評估，將會陷于谷倉效應(yīng)（silo effect）。這可以歸咎于系統(tǒng)評估單元的完備性不足，因為HF 工程師與其他系統(tǒng)參與人員缺乏系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)化的交流。另外，實際上HF 工程師在面對復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因評估任務(wù)時，人因方法及指標(biāo)的選擇是由高人因風(fēng)險驅(qū)動的，同時也會受到相當(dāng)?shù)臅r間壓力。人因評估單元選擇的準(zhǔn)確性將直接影響人因方法及指標(biāo)選擇的有效性，進而衰減人因評估結(jié)果的可靠性。

圖1 復(fù)雜人機系統(tǒng)的三維度分析模型Fig. 1 The three dimensional analysis model of complex man-machine system

2 “系統(tǒng)-人員-階段”人因分析框架

在HSI 流程設(shè)計的指導(dǎo)下可將復(fù)雜人機系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)、人員、階段3 個維度。3 個維度相互獨立，每個維度的元素之間彼此聯(lián)系。對子單元進行有效劃分將提高人因評估的效率，按時間維度劃分，每個階段實施不同的人因評估活動。按系統(tǒng)維度劃分，每個子系統(tǒng)側(cè)重不同的人因目標(biāo)，每個子系統(tǒng)的人因評估目標(biāo)也隨著階段以及參與角色的變化而變化。按參與人員的角色維度劃分，人因工程師和設(shè)計師分析的重點不同。并且每個角色在不同階段與不同的系統(tǒng)環(huán)境下，參與的人因評估活動也不相同。

按階段維度劃分，角色維度與系統(tǒng)維度的交叉，是傳統(tǒng)人因工程的研究內(nèi)容。按系統(tǒng)維度劃分，不同階段將有不同的評估人員對該系統(tǒng)進行評估。此時，需要綜合各類評估人員的觀點對一致及沖突意見進行處理，提出不同設(shè)計的重要性排名。按角色維度劃分，不同系統(tǒng)在生命周期的各個時間段將產(chǎn)生不同的評估需求及目標(biāo)（見圖2）。

圖2 某系統(tǒng)在全生命周期的評估子單元Fig. 2 The evaluation sub-unit of a system throughout its full life cycle

人-系統(tǒng)維度的組合是HF 專家通常關(guān)注的內(nèi)容，隨著該維度的逐級細分人因評估的方法及指標(biāo)的選擇也會更加準(zhǔn)確。人員-階段的維度為HF 專家提供了完全不同的協(xié)同方向，該維度將有助于解決“谷倉”效應(yīng)。另外，系統(tǒng)-階段維度是設(shè)計專家關(guān)注的主要內(nèi)容，其評估指標(biāo)多為系統(tǒng)績效、任務(wù)效率等。但對于人因評估而言，HF 專家更關(guān)注的是特定的系統(tǒng)元素在系統(tǒng)全生命周期過程中的變化規(guī)律。該維度將有助于HF 專家觀察到不同工況的人因評估需求或目標(biāo)，以及識別緊急情況的人因風(fēng)險。

3 人因分析模型與人因評估實施

人因分析模型將全生命周期的復(fù)雜人機系統(tǒng)劃分為具體的人因評估單元，其目的是為提高人因評估效率。實施人因評估需要選擇適用的人因方法，并根據(jù)最相關(guān)的人因指標(biāo)評估實施效果。人因方法和人因指標(biāo)的選擇正是HF 專家在實施人因評估時面對的主要問題，而三維度人因分析模型則為該問題的解決創(chuàng)造了途徑。

有效的人因?qū)W評估應(yīng)當(dāng)基于人因指標(biāo)，對特定的評估對象實施相應(yīng)的人因方法。人因指標(biāo)是指人因設(shè)計、分析與評估所考慮的指標(biāo)或所需要的度量指數(shù)。合適的人因指標(biāo)能夠有效指導(dǎo)和反映評估效果。人因方法是解決人因問題的有效方法，使得人機交互的可用性、人誤預(yù)測、人員配備與知識和技能變化等方面的問題得到充分解決。人因方法可以指導(dǎo)人因指標(biāo)的選擇，人因指標(biāo)也可以反映人因方法的實施。指標(biāo)與方法的有機結(jié)合可以使人因評估的邏輯更加清晰，也有助于全周期人-系統(tǒng)整合流程的實施。

然而在對復(fù)雜人機系統(tǒng)進行全階段人因評估的過程中將面臨不同的人因評估目標(biāo)，因此需要選擇相應(yīng)的人因指標(biāo)與人因方法。在人因評估領(lǐng)域指標(biāo)與方法的選擇往往基于人因工程師的主觀經(jīng)驗判斷，缺乏客觀透明及邏輯系統(tǒng)的選擇框架。所以，指標(biāo)的有效性和方法的適應(yīng)性仍值得商榷。大量的相關(guān)性指標(biāo)和不可觀察指標(biāo)影響了指標(biāo)的有效性，由于人因方法適用范圍的模糊性和成本、時間的不確定性，所以有必要對其進行適應(yīng)性分析。

針對復(fù)雜系統(tǒng)人機匹配效果科學(xué)度量方法缺失的問題，應(yīng)當(dāng)建立分階段、分任務(wù)，可行、有效的，面向復(fù)雜系統(tǒng)的多層級、動態(tài)可調(diào)的人因工程評估指標(biāo)體系和評估模塊。針對復(fù)雜系統(tǒng)的人因評估指標(biāo)繁雜、冗余、沖突等問題，應(yīng)當(dāng)借助三維度分析模型劃分人因評估子單元，接著使用指標(biāo)篩選技術(shù)快速得到影響系統(tǒng)績效的人因評估關(guān)鍵指標(biāo)。針對人因方法使用范圍模糊缺乏系統(tǒng)應(yīng)用分析的問題，人因方法適應(yīng)性分析體系可以借助三維度分析模型劃分人因評估子單元，并通過系統(tǒng)、邏輯的方式選擇適合對應(yīng)情景的人因方法，以幫助工程師和設(shè)計師進行對復(fù)雜人機系統(tǒng)的HSI 流程設(shè)計做出有效指導(dǎo)。

根據(jù)圖3 的結(jié)果可以看出，使用三維度分析模型前人因指標(biāo)體系跨越了階段、人員以及系統(tǒng)3 個維度。HF 專家在進行選擇時很難將單一的指標(biāo)提取及評估，因為指標(biāo)的內(nèi)涵與其分值所映射的評估單元是交錯和冗余的。如操作系統(tǒng)都需要評估績效指標(biāo)，而環(huán)境系統(tǒng)不需要評估績效指標(biāo)，但兩者都需要評估安全性或舒適性指標(biāo)。使用三維度分析模型后指標(biāo)體系被精確的劃分到相應(yīng)的評估子單元，底層指標(biāo)與頂層指標(biāo)之間有良好的隸屬關(guān)系，這將有助于實施系統(tǒng)的綜合評價。對于復(fù)雜人機系統(tǒng)而言，越來越多的評估任務(wù)要求HF 專家給出綜合的評價指數(shù)或進一步精確的評估權(quán)重，而不再是依靠經(jīng)驗評估或空洞的全局系統(tǒng)要求。

圖3 使用三維度分析模型前和后的評估單元所設(shè)計的評估指標(biāo)Fig. 3 The evaluation indicators designed by the evaluation units before and after of using the three-dimensional analysis model

4 船舶指揮控制系統(tǒng)的人因分析應(yīng)用案例

本文的研究內(nèi)容及結(jié)論體現(xiàn)在2 個方面，首先提出針對復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因分析模型，其次將該分析模型應(yīng)用于船舶系統(tǒng)以說明其有效性。船舶系統(tǒng)是典型的指揮和控制系統(tǒng)，操作員與工作站之間存在大量的人機交互過程。該過程往往具有遠程和連續(xù)作業(yè)的雙重任務(wù)要求[30]，因此需要人員進行一系列的監(jiān)視、決策、反饋操作。為了完成既定的任務(wù)目標(biāo)，人、系統(tǒng)以及人機之間構(gòu)成了隨周期變化的任務(wù)信息交流網(wǎng)絡(luò)。船舶指揮控制系統(tǒng)是復(fù)雜人機系統(tǒng)的典型應(yīng)用，其涉及了全生命周期各階段的、多角色參與的人因評估活動。

在HSI 流程設(shè)計的指導(dǎo)下，HF 專家需要在船舶指揮控制系統(tǒng)的各個階段做出相關(guān)的人因分析。該分析旨在揭示船舶指揮控制系統(tǒng)中人的生理、心理以及指揮與控制任務(wù)、運行與操作環(huán)境等諸多因素對控制室人員的情景意識、認知負荷、自動化信任等的影響。

船舶指揮控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)元素組成，可分為硬件軟件系統(tǒng)、信息、通信過程、環(huán)境等子維度（見圖4）。系統(tǒng)的維度可以根據(jù)實際的人因評估需求進行逐層細化，如認知任務(wù)分析將系統(tǒng)整體劃分為子系統(tǒng)、功能單元、部件及組件等。船舶指揮控制系統(tǒng)的主要參與人員可分為3 類。執(zhí)行組織包含事務(wù)管理員和系統(tǒng)操作員，此類人員直接參與系統(tǒng)的運行。評估專家包含人因工程師和設(shè)計工程師，兩方面的專家需要協(xié)同合作以保證“以人為中心”的船舶指揮控制系統(tǒng)設(shè)計。除此之外，設(shè)計需求方還包括任務(wù)需求制定方和資源需求保障方，此類人員的意見也將納入到船舶指揮控制系統(tǒng)的設(shè)計與運行全過程。從全生命周期的視野來看，船舶指揮控制系統(tǒng)的階段可首先劃分為概念、評估、論證、制造、使用、維修與廢棄6 個階段。其中，每個階段又可繼續(xù)細分為各個子階段。這些子階段顯示出人因評估活動在系統(tǒng)中的執(zhí)行時刻。以使用階段為例，其可以細分為任務(wù)執(zhí)行階段和緊急情況階段。這兩種子階段都是人因工程師關(guān)注的重點場景。

圖4 船舶指揮控制系統(tǒng)的三維度分析模型Fig. 4 The three dimensional analysis model of ship command and control system

船舶指揮控制系統(tǒng)在全生命周期的人因評估任務(wù)中參與的人員，除了系統(tǒng)的操作人員還有人因評測方以及研制制造方。人因評測方以人因工程師為主要代表。研制制造方包括設(shè)計師、工程師、管理員等。在概念及設(shè)計階段以設(shè)計師為主，人因?qū)＜姨峁┳稍兒头治?。在論證階段設(shè)計師、人因?qū)＜乙约澳繕?biāo)用戶都要參加，在使用階段則以用戶為主。階段是復(fù)雜人機系統(tǒng)的生命周期的主要劃分依據(jù)，不同階段的主要系統(tǒng)元素以及參與人員會發(fā)生變化。表1 為各階段的主要評估任務(wù)和復(fù)雜人機系統(tǒng)的3 個維度的主要劃分內(nèi)容。

表1 系統(tǒng)-人員-階段評估單元的主要內(nèi)容Tab. 1 The main content of the system-person-phase evaluation unit

在概念階段，應(yīng)當(dāng)對相關(guān)的人因問題進行分析，并對相關(guān)的風(fēng)險與要求進行評估。幫助實現(xiàn)此目的的技術(shù)包括早期人因分析（early human factors analysis，EHFA）。EHFA 確定的人因問題將推動概念階段及進一步的評估階段的人因分析任務(wù)與詳細計劃的實行。船舶指揮控制系統(tǒng)在概念階段，將需要描述場景，分析方案及任務(wù)中的人因問題，描述系統(tǒng)需求及用戶需求。在評估階段，將做出更詳細的人因分析，量化并減少在概念階段確定的人因問題。需要收集最終用戶（如操作員、指揮員）的相關(guān)信息，如個人經(jīng)驗、操作任務(wù)、工作條件、船舶指揮控制系統(tǒng)需要的人數(shù)、相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及詳細信息等。船舶指揮控制系統(tǒng)在評估階段將主要進行指揮員與操作員的任務(wù)分析，驗證在概念階段的假設(shè)及人因問題，以及相關(guān)的人員配置分析。在論證階段，人因分析的重點從需求轉(zhuǎn)變?yōu)橥晟萍毠?jié)與風(fēng)險評估方面，完善相關(guān)設(shè)施的規(guī)格要求及任務(wù)的詳細方案制定。船舶指揮控制系統(tǒng)將在模擬平臺或仿真平臺上進行相關(guān)演練，招募相關(guān)的被試人員進行人體測量評估以及人因績效評估。在制造階段人因工程師將關(guān)注設(shè)備制造的多數(shù)方面，包括設(shè)備的采購及后勤保障、操作員的初步培訓(xùn)及船舶指揮控制系統(tǒng)的模擬運營，發(fā)現(xiàn)潛在的人因問題進行相應(yīng)的人因分析與評估，甚至需要更改設(shè)備以解決相關(guān)問題。由于船舶指揮控制系統(tǒng)是人員及信息密集型系統(tǒng)，人因分析應(yīng)進行相應(yīng)的可操作性說明，并招募經(jīng)驗豐富的被試人員參與測試。在使用階段人因工程師需要進行操作審核、操作試驗等人因干預(yù)以檢測之前階段未發(fā)現(xiàn)的問題。在實際的使用過程中也可進行人因糾正分析，改善工作績效、減少不利因素對操作員及系統(tǒng)的影響，采用人因分析進行定期檢查以及做出故障報告。在維修和廢棄階段將進行高效和安全的處理設(shè)備，分析相關(guān)的健康和安全問題。此部分在國內(nèi)外的相關(guān)研究較少，但作為人-系統(tǒng)整合設(shè)計流程的重要組成部分，仍需要考慮在復(fù)雜人機系統(tǒng)的生命周期之內(nèi)。

5 結(jié) 語

本文研究復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因分析與評估結(jié)合人-系統(tǒng)整合流程思想，討論人因分析的概念框架。針對復(fù)雜人機系統(tǒng)內(nèi)部各人機系統(tǒng)之間的交互作用及系統(tǒng)在各階段評估內(nèi)容的動態(tài)變化特性，提出整合階段、子系統(tǒng)與人員復(fù)雜人機系統(tǒng)的人因分析模型，該模型劃分出系統(tǒng)評估的各主要階段，并將復(fù)雜系統(tǒng)拆分為各個子系統(tǒng)。由于復(fù)雜人機系統(tǒng)在全生命周期人因評估的參與人員涉及設(shè)計人員、評估人員及使用人員等各個相關(guān)組織，所以該模型將人員角色作為分析維度之一，研究角色的變化對系統(tǒng)評估任務(wù)的影響。最后，針對艦船系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用本分析模型，為提高系統(tǒng)的人因設(shè)計效率提供理論基礎(chǔ)。

在工程應(yīng)用中，本文提出的三維度分析模型的細化程度會進一步提高。針對不同的評估場景，系統(tǒng)的元素可以具體到顯示信息的內(nèi)容和設(shè)計方面。人員的角色劃分也會根據(jù)經(jīng)驗和績效進一步細化。階段的劃分在使用階段也會區(qū)分出不同的工況和緊急情況。階段-人員-系統(tǒng)的三維度分析模型，不僅可以使人因評估的范圍更加完備，提前考慮人因風(fēng)險減少系統(tǒng)的設(shè)計成本，并且細分的評估單元也有助于人因評估實施有效性的提高。

人因方法的適用性分析以及人因指標(biāo)的選擇都需要針對特定的評估單元。HF / E 學(xué)科的主要關(guān)注點在于能夠?qū)θ祟惤换ミM行概括和預(yù)測，以提高生產(chǎn)率、安全性和整體用戶滿意度。為此人因研究將采用一系列的技術(shù)或方法，以解決研究的目標(biāo)或問題。對于給定HF / E 目標(biāo)方法的適當(dāng)性，最常見的答案是視情況而定，這通常取決于任務(wù)因素和研究目標(biāo)以及其他關(guān)鍵的背景因素。而這些都需要以人因評估單元的確定為基礎(chǔ)，關(guān)鍵人因指標(biāo)（key ergonomic performance indicators, KEPI）表示了指標(biāo)的數(shù)值與評估目標(biāo)之間具有相對較高的相關(guān)性。圖3 展示的情況表明指標(biāo)的內(nèi)涵是模糊的，其橫跨于復(fù)雜人機系統(tǒng)的各個階段及系統(tǒng)，這為系統(tǒng)的綜合評估帶來了不少麻煩。因此，精確的細分人因評估單元將有助于人因評估指標(biāo)體系的構(gòu)建，進而提高系統(tǒng)綜合評估的有效性。

三維度分析模型的局限性與其帶來的優(yōu)勢相對應(yīng)。三維度分析模型將系統(tǒng)從獨立的三個維度上進行分解與組合，得到了定義精確的評估子單元，但是其不可避免地割裂了系統(tǒng)的整體性。更重要的是在進行評估子單元的組合，即人員-系統(tǒng)、人員-階段、系統(tǒng)-階段的組合評估時，HF 專家還缺乏相應(yīng)的分析經(jīng)驗，這更像是一種針對社會技術(shù)系統(tǒng)的組織和管理問題。其需要使用系統(tǒng)工程的方法，將各“組合”評估單元綜合起來進行人因評估，以分析任務(wù)流、信息流在復(fù)雜人機系統(tǒng)中的特性。

HSI 流程設(shè)計是將系統(tǒng)工程應(yīng)用于大規(guī)模復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)的理念，其包含了人因工程、人員、訓(xùn)練、人力、安全與健康、宜居性和生存能力等方面的因素。隨著HF/E 對于社會技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用概念的逐漸擴大，HSI 與HF/E 的聯(lián)系逐漸增強。但是兩者又存在差別，HF/E 的著眼點始終在于系統(tǒng)的整體績效與人員安全健康保障的共同提高。而HSI 的著眼范圍更廣，包括系統(tǒng)整合程度、人員與培訓(xùn)效率、安全與宜居性等。本文使用三維度分析模型劃分的系統(tǒng)階段與HSI 的生命周期劃分相似，但在生命周期內(nèi)各階段的人因評估內(nèi)容與HSI 活動的內(nèi)容有所不同。三維度分析模型旨在準(zhǔn)確高效劃分出人因評估子單元，以便后續(xù)進行人因方法、人因指標(biāo)的選擇以及人因評估等。在同一階段HSI 不僅關(guān)注人因評估內(nèi)容，也注重人員配備、任務(wù)分析、組織管理等多重整合活動的實施。