人-机-环境系统工程理论在科学技术发展中的地位及应用前景分析

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1、人-机-环境系统工程理论在科学技术发展中的地位及应用前景分析龙升照(北京航天医学工程研究所）一、人-机-环境系统工程理论诞生的必然趋势人类社会发展的历史，就是一部人、机(包括工具、机器和计算机)、环境三大要素相互关联、相互制约、相互促进的历史。由于环境的影响，高级灵长目动物演变成为人类；人类的诞生导致了机的出现；机的出现又产生了新的环境；新的环境又在影响人类的生活、工作和生存。在社会发展的漫长的历程中，产生了两个质的飞跃：第一个飞跃是机器的出现，使人的体力劳动获得极大的扩展和加强；第二个飞跃是计算机的出现，

2、使人的脑力劳动正在得到加强和延伸。环顾一下我们周围的一切，不但机器的使用比比皆是，而且计算机的应用也十分普遍。人们为了达到某种预定目标（如航天探索、军事对抗、发展生产……），总是针对某些特定环境，试图利用已经掌握的科学技术成就，组成一个既有人，又有机，还有环境的复杂系统，我们将它称之为人-机-环境系统。例如，司机驾驶汽车在地面上奔驰，飞行员驾驶飞机在空中飞行，航天员驾驶飞行器在宇宙中航行，舵手驾驶船舶在海洋中航行等，这些都是典型的人-机-环境系统；同样，工厂的工人在特定环境中操作各种机器进行工作，也是典型的

3、人-机-环境系统……。很显然，人-机-环境系统广泛存在于从民用到军事、从天上到地下、从陆地到海洋的各个领域。当然，随着科学技术的不断发展，各种工作的自动化程度会愈来愈高，人的劳动（体力劳动或脑力劳动）将会更多地被机器所取代。但是，人的高级智能活动是任何机器也无法代替的。所以，在任何情况下，也都会有人参与工作，人要完成诸如监视、控制、决策、管理等各种功能，故人-机-环境系统总是普遍存在。然而，它的存在只是问题的一个方面，而能不能从理论的高度来认识它、驾驶它，并使之处于最优工作状态，这才是问题的真正关键。时至今

4、日，当人们沉浸在享受高科技带来的社会繁荣之际，却也不知不觉地闯入了两大误区：第一，在机器设计时，由于漠视了人的特点和要求，致使工作系统效率降低、事故增加，对社会发展造成严重影响；第二，在机器设计时，由于漠视了环境的特点和要求，不但影响了机器本身性能的发挥，而且带来了严重的环境恶化，对人类的生活、工作和生存造成重大威胁。当人们意识到上述局面时，发现自己在错误的道路上已经走得很远。因此，当务之急，就是探索一套研究人、机、环境三大要素的运行规律及其最优组合的科学方法。1981年，在著名科学家钱学森系统科学思想的启

5、发和亲自指导下，我国学者陈信、龙升照根据载人航天研究的实践，并对国内外情况进行了认真分析，概括提出了一门综合性边缘技术科学─人-机-环境系统工程(Man-Machine-EnvironmentSystemEngineering,简称为MMESE)［1,2］。人-机-环境系统工程是运用系统科学理论和系统工程方法，正确处理人、机、环境三大要素的关系，深入研究人-机-环境系统最优组合的一门科学，其研究对象为人-机-环境系统。系统中的“人”，是指作为工作主体的人(如操作人员或决策人员)；“机”，是指人所控制的一切对

6、象(如汽车、飞机、生产过程等)的总称；“环境”，是指人、机共处的特定工作条件。系统最优组合的基本目标是“安全、高效、经济”。所谓“安全”，是指不出现人体的生理危害或伤害，并避免各种事故的发生；所谓“高效”，是指全系统具有最好的工作性能或最高的工作效率；所谓“经济”，就是在满足系统技术要求的前提下，系统的建立要投资最省，也即保证系统的经济性。人-机-环境系统工程理论的主要研究内容包括七个方面［3］4：①人的特性的研究；②机器特性的研究；③环境特性的研究；④人-机关系的研究；⑤人-坏关系的研究；⑥机-环关系的研

7、究；⑦人-机-环境系统总体性能的研究。人-机-环境系统工程理论的基本研究方法可以概括为四句话［3］、24个字：基于三个理论(控制论、模型论、优化论)，分析三个要素(人、机、环境)，历经三个步骤(方案论证、研制生产、实际使用)，实现三个目标(安全、高效、经济)。人-机-环境系统工程理论的诞生，能使人们在设计、研制和建立任何一个人-机-环境系统时，产生以下三个方面的飞跃：第一、从经验走向科学；第二、从不自觉走向自觉；第三、从定性走向定量。这样做的结果，不仅可以避免工程技术的大量返工和经济上的巨大损失，而且可以极

8、大加速人-机-环境系统的研制进程。二、人-机-环境系统工程理论在科学技术发展中的地位科学技术的发展，不仅包括从深度和广度上发展已经建立的各门学科，而且还有赖于新兴科学的出现。通常，新兴科学的诞生和发展主要受两种因素的影响：一是专门性、二是普遍性。科学技术的专门性理论，是由于发现了新的研究对象，或出现了特别的科学趋势，促使人们去研究一类比较狭窄的对象，如细胞生物学、高分子化学等科学理论就是这种例子。这些学科的特点是