历史文献人-机-环境系统工程(学)概论

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1、历史文献：人-机-环境系统工程(学)概论陈信龙升照(北京航天医学工程研究所)随着现代科学技术的飞速发展，人体科学和工程技术的相互渗透，逐步形成了一门崭新的边缘科学——人-机-环境系统工程(学)。人-机-环境系统工程(学)，通过揭示人、机（计算机或机器）、环境之间相互关系的规律，确保人-机-环境系统的总体性能最优。我们提出这门学科的目的，不仅是对以往实践经验进行概括和总结，而且是为了推动该学科业已开始的发展和迎接随即来临的更大进展，并强调指出它对科学技术发展的重要意义。一、人-机-环境系统工程(学)的提出人-机-环境系统工程(学)是一门

2、技术科学。技术科学是直接为工程技术服务的，它是实践经验的理论总结，又是实践的需要。我们是通过载人航天研究的实践抽象概括出来的。载人航天的中心问题是把人送入宇宙空间，并在航天特殊环境下（如高温、低压、缺氧、超重、失重、振动、噪音……等），既要保证人的生命安全，又要提高他的工作能力。为了实现这一点，在载人航天的早期研究中，注意力主要是放在选拔和训练航天员上。人类个体之间是有差异的，因而尽量从人本身挖掘潜力，提高人本身的性能，使人能胜任航天工作，是很有意义的。但是，这里出现了两个问题：第一，在航天的特殊环境下，依靠选拔、训练来提高人耐受各种

3、物理因素的能力，是很有限度的。温度超过100℃，再选拔、再训练，人也是要死的；第二，在载人航天过程中，航天员必须在航天特殊环境下，进行诸如搜索、识别、跟踪、控制、停靠和对接等一系复杂的工作，各种机器要求人接受大量信息，并完成各种精细的操纵动作，这往往也超出了人的工作能力极限。同样，用选拔、训练等手段来提高人的工作能力也是不行的。矛盾如何解决？最根本的出路在于，针对航天这种特殊环境，从人体和机器的有机结合中去寻找，一方面，既要认真考虑用选拔、训练等手段来提高人适应机器的能力；另一方面，在机器设计中，也应充分注意机器适应人的问题。例如，通

4、过对人体进行研究，可以确定人耐受航天特殊环境的极限，找出适合人工作能力的限度。但是，单凭这个还不行。就航天供氧而言，我们知道，人没有氧气不行，缺少氧气也不行。飞机座舱里的氧分压下降到140mmHg（1mmHg=133.322Pa），人就要产生缺氧。这时，就应该在机器设计中想办法去维持人的耐受度，因此就需要搞一套人工环境，或采取个体防护措施，这就要靠工程来实现。显而易见，此工程必须考虑到人的因素、环境因素和技术因素等。如果把诸因素的各个环节构成一个系统，并研究整个系统各环节间信息传输的相互关系，从中分析、权衡，寻找出最佳工作状态，使该系

5、统在“安全、高效、经济”诸方面获得最佳效果，这就是我们提出的“人-机-环境系统工程(学)”的研究任务。所以，只有把研究人体机能的科学——人体科学和研究机器实现的科学——11工程技术，有机地结合在一起，才能保证载人航天活动的圆满成功，这正是形成人-机-环境系统工程(学)的基础。应该指出，载人航天研究中提出的问题是带着普遍性的。例如，在航空研究中遇到的情形，与航天极为相似。一架现代化的歼击机，飞行员不仅要经受高空环境中各种不利因素的影响，而且随时随地都要维持飞机的优良飞行状态。尤其在两相格斗的关键时刻，飞行员不但要识别、跟踪敌方目标，而且

6、要使自己处于有利地位，抓住时机，向敌机发起攻击；与此同时，他还必须设法躲避、摆脱敌机的威胁，以达到保存自己，消灭敌人的目的。这时候，在不到半分钟的短时间里，飞行员也许要完成七八个飞行动作，同时还要观察大量仪表。所以，如果不考虑特殊环境下的飞行员和飞机的有机结合问题，其后果是不堪设想的。再如，一艘潜水艇，在深海的高压、密闭环境下，只有潜艇人员与潜艇的高度有机结合，才能确保其战斗性能。又如，一辆坦克，在恶劣的振动和噪声环境下，只有坦克手与坦克的有机结合，才能极大地发挥其战斗力。以上是军事装备方面的情况。在民用生产中也存在同样情形，例如，在

7、一个钢铁工厂里，在高温环境下，如何考虑炼钢工人和炼钢机械的关系；在化工厂里，在有害气体污染的环境下，如何考虑操作人员和化工机械的关系，极大地提高生产效率。这些也是人们极为重视的问题……凡此种种，不一而足。值得强调的是，电子计算机的诞生和发展，极大地加强了人体脑力劳动的功能。在科学技术蓬勃发展的今天，只要稍许复杂一点的对象，几乎都用计算机进行控制。在人-机-环境系统中，由于计算机的参与，使人的作用从一个直接操作者变为监控者和决策者。这不仅使系统性能大为提高，而且系统结构也在发生变化。人和计算机各有所长，也各有其短。让计算机执行大量的、重

8、复性的、程序化的体力劳动和脑力劳动，而让人完成高级的、创造性的（其中包括不可预见的）思维活动，人通过界面直接与计算机发生关系，这是当代科学技术和生产技术发展的重要特点。在飞机的发展中，计算机的应用使座舱仪表大为简化，只用