工業(yè)系統(tǒng)的智能交互模式及人因工效研究綜述

王亞晴?王凈凈

摘要：新一代工業(yè)智能面臨的重大難題和嚴峻挑戰(zhàn)是物理世界與信息世界的融合，關(guān)鍵是人、機、物的協(xié)同共生。日本基于CPS信息物理系統(tǒng)提出了社會5.0，“人”在信息和物理環(huán)境中的互相作用和映射的重要地位被重新鞏固，并特別強調(diào)操作員的執(zhí)行和現(xiàn)場作用，即是人與信息物理系統(tǒng)的實時交互。在中國的工業(yè)智能轉(zhuǎn)型中，特別是大型生產(chǎn)實時調(diào)度與制造過程全流程監(jiān)控、核電廠實時跟蹤告警、武器裝備作戰(zhàn)指令實時傳輸、高鐵通信指揮實時調(diào)度等重大工業(yè)，如何通過人與信息物理系統(tǒng)的感知融合，達成“信息高效傳輸和人精準決策的協(xié)同共生”，對于維系重大工業(yè)系統(tǒng)運行的高效性和穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，也是快速推進中國作為第四次工業(yè)革命領(lǐng)軍者的工業(yè)智能轉(zhuǎn)型升級的重要核心問題。

關(guān)鍵詞：工業(yè)系統(tǒng);智能交互模式;人因工效;研究

引言

進入工業(yè)化時代后期，尤其是進入了大數(shù)據(jù)時代，人類科技水平開始掌握“時空統(tǒng)一、同步并聯(lián)、客戶拉動、實時評價”的互聯(lián)網(wǎng)以及萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)，通過對極大量、完備性和多維度的大數(shù)據(jù)進行搜集、加工和處理，大數(shù)據(jù)思維正在逐步取代依據(jù)部分數(shù)據(jù)進行判斷和推論的因果邏輯思維，從而進入了數(shù)字經(jīng)濟時代。

1航空航天領(lǐng)域的人機協(xié)同及智能化

在航天應用領(lǐng)域，NASA從設計標準和程序的層面上確立了人—系統(tǒng)一體化設計要求，并提出了“人即系統(tǒng)”的HAAS（Human-As-A-System）設計模型和基于“設計—測試—再設計模式”的以人為中心的HCDP（Human Centered Design Philosophy）設計理念;中國人因工程在航天領(lǐng)域的發(fā)展也取得了豐厚的成果，陳善廣等人（2015年）認為，通過20余年的科學研究與工程實踐，我國已在該領(lǐng)域形成了一整套較為完善的人機工學評價技術(shù)、方法、程序與標準，并建立了我國獨具特色的航天人因工程體系。在智能化發(fā)展模式上，人與機器如何高效協(xié)同工作是人因工效學后續(xù)研究的重點。在人與機器人間交互技術(shù)的發(fā)展中，NASA的研究計劃也提供了人與自動機器人整合項目，在綜合分析了以往的空間機械臂、特殊靈巧機械手和機器人2號（Robonaut2）等基礎上，構(gòu)建了與人的認知能力相符的人機功能分配的高效人機交互模型，以非侵入式態(tài)勢感知和人因負荷測試作為關(guān)注重點。

2工業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的智能化發(fā)展

2.1信息架構(gòu)設計

雷達顯控界面信息由目標信息、狀態(tài)信息和操控信息等構(gòu)成，包括圖像、文本、控件和圖表等信息元素。信息架構(gòu)設計可以有效改善雷達界面的整體導航性，提升操作效率，降低雷達操作員的認知成本，是雷達顯控界面質(zhì)量的保證。首先要根據(jù)雷達探測的作戰(zhàn)場景、操作員的用戶角色、不同席位的功能劃分和任務目標下對信息的不同使用需求，對界面信息進行整理，確保不同階段獲取的信息完備清晰。獲取信息后，從信息分類、信息結(jié)構(gòu)和信息優(yōu)先級三個方面對信息進行組織。在雷達顯控界面設計中，為了減少人因失誤，一般采用模糊分類與精準分類相結(jié)合的方式對信息進行分類。信息結(jié)構(gòu)方式一般采用層級結(jié)構(gòu)或矩陣結(jié)構(gòu)，根據(jù)信息的重要性進行優(yōu)先級排序和布局。此外，導航系統(tǒng)、標簽系統(tǒng)和搜索系統(tǒng)決定著信息構(gòu)架的完整性和易用性。

2.2項目主要設計

本項目設備的安裝設計不但需要充分考慮了工作人員設備操作和維修的便利性，還需考慮安全性，主要設計要求如下：（1）設備的安裝應充分考慮設備部件包括閥門，儀表，顯示以及控制按鈕，測試，取樣等操作及維修的通道;（2）不便于拆卸的設備部件應安裝在不阻擋通道的地方。容易損壞的部件應該放置在其他拆卸部件過程中不會受到損壞的地方。（3）在操作和維修工作中如存在化學物質(zhì)危害的可能性，應提供安全淋浴/洗眼站。安全淋浴器的位置應設置在便捷且易見的地方，其地面應設計成與外部地面齊平，使其本身不會造成絆倒危險。（4）啟動危險操作的開關(guān)或控制裝置（例如設備移動裝置）的操作應要求設計鎖定控制裝置。（5）所有電動裝置應配備操作清晰的切斷裝置電源的裝置。在有啟動控制裝置的每個位置，應有一個紅色的停止控制裝置。所有啟動控制裝置的位置應確保不會發(fā)生意外操作。

2.3交互操作設計

雷達顯控交互操作設計的目標是提高系統(tǒng)的可用性，提高用戶在使用過程中的流暢性?，F(xiàn)有雷達顯控界面交互一般以鍵鼠交互為主，也存在語音、觸控、手勢等交互方式。語音用于快速傳達或接收指令，觸控和手勢相比鍵鼠操作更符合人的生理習慣。通過多模態(tài)交互協(xié)同操作，可以幫助用戶更快適應顯控界面操作，操作更加方便快捷，可提高人機工效。交互操作應以簡單快捷為原則進行設計。同類操作模塊關(guān)聯(lián)集成，常用操作入口清晰易找，多步操作提供操作引導;操作步驟簡潔，提供及時的操作反饋;提供缺省值和快捷鍵，支持用戶快速輸入數(shù)據(jù)，以減輕用戶在操作過程中的記憶負荷;有時序要求或邏輯關(guān)系的界面操作，交互方式保持一致，以降低用戶學習成本;對于關(guān)鍵性操作，在執(zhí)行前提供操作確認，以減少用戶誤操作。

結(jié)束語

綜上所述，由于項目各專業(yè)設計人員未能充分解讀HFE設計理念，而只考慮本專業(yè)的設計需求，導致諸如上文分析問題的出現(xiàn)。為避免類似問題，建議在工程項目前期，就項目HFE的設計要求對各專業(yè)設計人員進行總體宣貫。此外，在項目建模階段要求各專業(yè)通過模型統(tǒng)一進行“碰撞”檢查，根據(jù)項目HFE設計要求核實本專業(yè)設計是否滿足要求。此外還應通過項目總結(jié)，加強工程項目設計人員對HFE設計理念的重視，不斷改進設計，只有這樣才能打造真正的“精品工程項目”。

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