工业系统的智能交互模式及人因工效研究综述

王亚晴?王净净

摘要：新一代工业智能面临的重大难题和严峻挑战是物理世界与信息世界的融合，关键是人、机、物的协同共生。日本基于CPS信息物理系统提出了社会5.0，“人”在信息和物理环境中的互相作用和映射的重要地位被重新巩固，并特别强调操作员的执行和现场作用，即是人与信息物理系统的实时交互。在中国的工业智能转型中，特别是大型生产实时调度与制造过程全流程监控、核电厂实时跟踪告警、武器装备作战指令实时传输、高铁通信指挥实时调度等重大工业，如何通过人与信息物理系统的感知融合，达成“信息高效传输和人精准决策的协同共生”，对于维系重大工业系统运行的高效性和稳定性有着举足轻重的作用，也是快速推进中国作为第四次工业革命领军者的工业智能转型升级的重要核心问题。

关键词：工业系统;智能交互模式;人因工效;研究

引言

进入工业化时代后期，尤其是进入了大数据时代，人类科技水平开始掌握“时空统一、同步并联、客户拉动、实时评价”的互联网以及万物互联的物联网，通过对极大量、完备性和多维度的大数据进行搜集、加工和处理，大数据思维正在逐步取代依据部分数据进行判断和推论的因果逻辑思维，从而进入了数字经济时代。

1航空航天领域的人机协同及智能化

在航天应用领域，NASA从设计标准和程序的层面上确立了人—系统一体化设计要求，并提出了“人即系统”的HAAS（Human-As-A-System）设计模型和基于“设计—测试—再设计模式”的以人为中心的HCDP（Human Centered Design Philosophy）设计理念;中国人因工程在航天领域的发展也取得了丰厚的成果，陈善广等人（2015年）认为，通过20余年的科学研究与工程实践，我国已在该领域形成了一整套较为完善的人机工学评价技术、方法、程序与标准，并建立了我国独具特色的航天人因工程体系。在智能化发展模式上，人与机器如何高效协同工作是人因工效学后续研究的重点。在人与机器人间交互技术的发展中，NASA的研究计划也提供了人与自动机器人整合项目，在综合分析了以往的空间机械臂、特殊灵巧机械手和机器人2号（Robonaut2）等基础上，构建了与人的认知能力相符的人机功能分配的高效人机交互模型，以非侵入式态势感知和人因负荷测试作为关注重点。

2工业安全监控系统的智能化发展

2.1信息架构设计

雷达顯控界面信息由目标信息、状态信息和操控信息等构成，包括图像、文本、控件和图表等信息元素。信息架构设计可以有效改善雷达界面的整体导航性，提升操作效率，降低雷达操作员的认知成本，是雷达显控界面质量的保证。首先要根据雷达探测的作战场景、操作员的用户角色、不同席位的功能划分和任务目标下对信息的不同使用需求，对界面信息进行整理，确保不同阶段获取的信息完备清晰。获取信息后，从信息分类、信息结构和信息优先级三个方面对信息进行组织。在雷达显控界面设计中，为了减少人因失误，一般采用模糊分类与精准分类相结合的方式对信息进行分类。信息结构方式一般采用层级结构或矩阵结构，根据信息的重要性进行优先级排序和布局。此外，导航系统、标签系统和搜索系统决定着信息构架的完整性和易用性。

2.2项目主要设计

本项目设备的安装设计不但需要充分考虑了工作人员设备操作和维修的便利性，还需考虑安全性，主要设计要求如下：（1）设备的安装应充分考虑设备部件包括阀门，仪表，显示以及控制按钮，测试，取样等操作及维修的通道;（2）不便于拆卸的设备部件应安装在不阻挡通道的地方。容易损坏的部件应该放置在其他拆卸部件过程中不会受到损坏的地方。（3）在操作和维修工作中如存在化学物质危害的可能性，应提供安全淋浴/洗眼站。安全淋浴器的位置应设置在便捷且易见的地方，其地面应设计成与外部地面齐平，使其本身不会造成绊倒危险。（4）启动危险操作的开关或控制装置（例如设备移动装置）的操作应要求设计锁定控制装置。（5）所有电动装置应配备操作清晰的切断装置电源的装置。在有启动控制装置的每个位置，应有一个红色的停止控制装置。所有启动控制装置的位置应确保不会发生意外操作。

2.3交互操作设计

雷达显控交互操作设计的目标是提高系统的可用性，提高用户在使用过程中的流畅性。现有雷达显控界面交互一般以键鼠交互为主，也存在语音、触控、手势等交互方式。语音用于快速传达或接收指令，触控和手势相比键鼠操作更符合人的生理习惯。通过多模态交互协同操作，可以帮助用户更快适应显控界面操作，操作更加方便快捷，可提高人机工效。交互操作应以简单快捷为原则进行设计。同类操作模块关联集成，常用操作入口清晰易找，多步操作提供操作引导;操作步骤简洁，提供及时的操作反馈;提供缺省值和快捷键，支持用户快速输入数据，以减轻用户在操作过程中的记忆负荷;有时序要求或逻辑关系的界面操作，交互方式保持一致，以降低用户学习成本;对于关键性操作，在执行前提供操作确认，以减少用户误操作。

结束语

综上所述，由于项目各专业设计人员未能充分解读HFE设计理念，而只考虑本专业的设计需求，导致诸如上文分析问题的出现。为避免类似问题，建议在工程项目前期，就项目HFE的设计要求对各专业设计人员进行总体宣贯。此外，在项目建模阶段要求各专业通过模型统一进行“碰撞”检查，根据项目HFE设计要求核实本专业设计是否满足要求。此外还应通过项目总结，加强工程项目设计人员对HFE设计理念的重视，不断改进设计，只有这样才能打造真正的“精品工程项目”。

参考文献：

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[3]张丽.无人机地面站操控台人因工程设计研究[D].上海工程技术大学，2020.