人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論及其在

生產(chǎn)力發(fā)展中的意義

　　龍升照

　�。ū本┖教灬t(yī)學(xué)工程研究所）

　　眾所周知，在任何生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)機(jī)器是進(jìn)行各種生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是提高生產(chǎn)力的基本條件。但是，任何機(jī)器都必須靠人去掌握和操縱，而且人和機(jī)器又都處于各種特定環(huán)境下工作。所以，生產(chǎn)機(jī)器只是一種可能的生產(chǎn)力，它只有與人和工作環(huán)境有機(jī)結(jié)合才能成為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力。因此，為了極大提高社會(huì)生產(chǎn)力，就必須根據(jù)馬克思主義的辯證唯物論原理，并充分運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的精華，把精神與物質(zhì)、主觀與客觀、人與機(jī)器的關(guān)系從哲學(xué)高度的一般定性描述逐步過(guò)渡到定量描述，既要有科學(xué)理論的依據(jù)，也要有科學(xué)記錄的方法，更要有發(fā)揮人積極作用的措施。人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論的積極應(yīng)用及蓬勃發(fā)展，就能使人對(duì)生產(chǎn)機(jī)器有意識(shí)活動(dòng)的研究，在人體科學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、工效學(xué)、人的因素、工程技術(shù)和環(huán)境科學(xué)等研究的基礎(chǔ)上，有了一個(gè)新的由定性到定量、由感性認(rèn)識(shí)朝著科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展的飛躍，為生產(chǎn)力的發(fā)展提供可靠的科學(xué)技術(shù)手段。

　　本文扼要闡述人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論的的形成和發(fā)展、研究?jī)?nèi)容和方法，并對(duì)其在生產(chǎn)力發(fā)展中的意義進(jìn)行初步分析。

　　一、人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論的形成和發(fā)展

　　嚴(yán)格地講，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程作為一種理論，作為一門(mén)科學(xué)的出現(xiàn)，是八十年代初的事。

　　但是，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的古老根源可以追溯到人類(lèi)的早期活動(dòng)。所以，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的形成和發(fā)展是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的歷史階段。

　　從遠(yuǎn)古時(shí)代起，人類(lèi)一代一代地不斷改善勞動(dòng)工具，直至大規(guī)模使用機(jī)器，以提高人戰(zhàn)勝自然、改造世界的能力。當(dāng)人類(lèi)最初使用簡(jiǎn)單工具進(jìn)行大量和笨重的體力勞動(dòng)時(shí)，客觀上就提出了人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的最優(yōu)化組合問(wèn)題。十八、十九世紀(jì)的第一次工業(yè)革命及其隨后的能源革命，使人類(lèi)進(jìn)入了機(jī)器時(shí)代，人們所從事的勞動(dòng)在復(fù)雜程度和負(fù)荷量上都有了很大變化，開(kāi)始形成人、機(jī)、環(huán)境的復(fù)雜關(guān)系。二十世紀(jì)初，英國(guó)的泰羅（F.w.Taylor）提出要研究人的操作方法，并從管理的角度制定了相應(yīng)的操作制度，人們把它稱之為“泰羅制”。

　　后來(lái)，人們開(kāi)始有組織地對(duì)人、機(jī)、環(huán)境三者之間的關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并積累了大量有關(guān)數(shù)據(jù)。40年代，特別是第二次世界大戰(zhàn)期間，各種新式武器不斷出現(xiàn)，性能也日趨復(fù)雜；50年代，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用迅速發(fā)展；60年代，載人航天活動(dòng)取得了突破性的進(jìn)展。這一切，使人、機(jī)、環(huán)境相互關(guān)系問(wèn)題的研究就顯得更為突出。因此，先后出現(xiàn)了人的因素（Human Factors）、

　　人體工程學(xué)（Human Engineering）、工程心理學(xué)（Engineering Psychology）、工效學(xué)（Ergonomics）、人的因素工程（Human Factor Engineering）、人-機(jī)系統(tǒng)（Man-Machine System）……等眾多的學(xué)科名稱，并從不同側(cè)面、不同角度積累了人、機(jī)、環(huán)境的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)，為人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論的形成創(chuàng)造了條件。但是，在這個(gè)時(shí)期，研究工作的重點(diǎn)是讓人如何適應(yīng)機(jī)器、適應(yīng)環(huán)境。而對(duì)于機(jī)器設(shè)計(jì)如何適應(yīng)人的特點(diǎn)和需要，以及如何改造和控制環(huán)境等問(wèn)題雖然有所認(rèn)識(shí)，但是缺乏用系統(tǒng)的整體觀點(diǎn)來(lái)全面解決人、機(jī)、環(huán)境的相互關(guān)系問(wèn)題、雖然有了關(guān)于人、機(jī)、環(huán)境的各種數(shù)據(jù)，但如何運(yùn)用這些數(shù)據(jù)，仍然是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，因而難以取得最佳效果。

　　1980年末，美國(guó)科學(xué)院應(yīng)陸、海、空三軍的要求，組成一個(gè)專門(mén)委員會(huì)，著重分析和研究該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并于1983年1月提出了題為《人的因素研究需求》的專門(mén)報(bào)告[2]。該報(bào)告承認(rèn)，70年代由于單純依靠過(guò)去二十年的數(shù)據(jù)而放松基礎(chǔ)研究，因而導(dǎo)致若干設(shè)計(jì)和研制的重大失誤。于是，對(duì)科研部署作了一些調(diào)整。但是，由于缺乏先進(jìn)的科學(xué)理論作指導(dǎo)，故仍未擺脫傳統(tǒng)框框的束縛。

　　1981年，我們根據(jù)載人航天預(yù)先研究的實(shí)踐，同時(shí)也對(duì)國(guó)內(nèi)外情況進(jìn)行了人認(rèn)真分析，在錢(qián)學(xué)森同志系統(tǒng)科學(xué)思想的啟發(fā)和親自指導(dǎo)下，概括提出了人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的科學(xué)概念，標(biāo)志著這門(mén)新興科學(xué)的形成[1]。

　　人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程是運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)理論和系統(tǒng)工程方法，正確處理人、機(jī)、環(huán)境三大要素的關(guān)系，深入研究人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)最優(yōu)組合的一門(mén)科學(xué)，其研究對(duì)象為人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)，系統(tǒng)中的“人”，是指作為工作主體的人（如操作人員或決策人員）；“機(jī)”，是指人所控制的一切對(duì)象（如汽車(chē)、飛機(jī)、輪船、生產(chǎn)過(guò)程……等）的總稱；“環(huán)境”，是指人、機(jī)共處的特定工作條件（如溫度、噪聲、震動(dòng)、有害氣體……等）。

　　人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的最大特點(diǎn)是，它把人、機(jī)、環(huán)境看作是一個(gè)系統(tǒng)的三大要素，在深入研究三者各自性能的基礎(chǔ)上，著重強(qiáng)調(diào)從全系統(tǒng)的總體性能出發(fā)，通過(guò)三者之間的信息傳遞、加工和控制，形成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，并運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法，使使系統(tǒng)具有“安全，高效、經(jīng)濟(jì)”等綜合效能[3]。所謂“安全”，是指不出現(xiàn)人體的生理危害和傷害，并盡量減少事故的發(fā)生；所謂“高效”，是指全系統(tǒng)具有最好的工作性能或最高的工作效率；所謂“經(jīng)濟(jì)”，就是在滿足系統(tǒng)技術(shù)要求的前提下，系統(tǒng)的建立要花錢(qián)最少，也即保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。此外，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程還拋棄以往把環(huán)境作為干擾因素的消極觀點(diǎn)，積極主張把環(huán)境作為系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，并按系統(tǒng)的總體要求對(duì)其進(jìn)行全面的規(guī)劃和控制。這樣一來(lái)，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程不僅把人的因素、人體工程學(xué)、工程心理學(xué)、工效學(xué)、人的因素工程、人-機(jī)系統(tǒng)……等學(xué)科納入一個(gè)統(tǒng)一的科學(xué)框架，避免概念和術(shù)語(yǔ)的混亂，而且從系統(tǒng)的總體高度研究人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)各種組合方案的優(yōu)劣，改變以往分散、孤立的研究局面，把人們?cè)O(shè)計(jì)和研制人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的實(shí)踐活動(dòng)推向一個(gè)嶄新階段。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出的是，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的提出，并不是對(duì)上述各學(xué)科的否定或取代，而是把這些大致相似或相輔相成的研究范疇提到一個(gè)更高的層次、更廣的視野去分析和綜合，從而把該領(lǐng)域的研究水平推進(jìn)到一個(gè)新水平。

　　人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程提出后，我國(guó)先后在軍工及其他有關(guān)部門(mén)得到了應(yīng)用和發(fā)展[4-8]。國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)刊物如《自然雜志》和《國(guó)際航空》等也發(fā)表了本科學(xué)的有關(guān)論文。在有影響的報(bào)刊上，如《解放軍報(bào)》、《中國(guó)科技報(bào)》、《北京科技報(bào)》、《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》和《國(guó)防科技要聞》上也有這門(mén)科學(xué)的內(nèi)容簡(jiǎn)介和科技短文，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程已逐漸被廣大科技界所熟悉。

　　1984年10月，國(guó)防科工委成立了人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)；

　　1986年5月，國(guó)防科工委將《武器裝備的人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程研究》列為國(guó)防科技應(yīng)用、基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目；

　　1987年4月，國(guó)防科工委成立了人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)組；

　　1988年4月，北京航空航天大學(xué)成立了人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程研究所；

　　1993年10月，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì)成立，并于北京召開(kāi)了第一屆全國(guó)人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)術(shù)會(huì)議。

　　人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程問(wèn)世后，在國(guó)際上也引起了很好反響。1984年10月，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論在第三十二屆國(guó)際航空、航天醫(yī)學(xué)會(huì)議上發(fā)表后[9]，得到了各國(guó)學(xué)者的熱情關(guān)注和好評(píng)。學(xué)者們認(rèn)為，用人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論來(lái)指導(dǎo)研究工作，很有創(chuàng)造性；同時(shí)還認(rèn)為，把人、機(jī)、環(huán)境作一個(gè)系統(tǒng)整體來(lái)研究，的確是一個(gè)創(chuàng)舉，它為實(shí)踐提供了新的模式。葡萄牙國(guó)還把它編入當(dāng)年的軍事醫(yī)學(xué)年鑒；美日學(xué)者也很重視這一科學(xué)理論，他們說(shuō)這是中國(guó)人的創(chuàng)造，表示愿意與我國(guó)在此領(lǐng)域進(jìn)行宏觀上的學(xué)術(shù)交流；墨西哥一學(xué)者將本學(xué)科內(nèi)容向他的學(xué)生講授，引起大學(xué)上們極大的興趣；日本學(xué)者齋藤一郎來(lái)華訪問(wèn)時(shí)，與我國(guó)學(xué)者進(jìn)行了這方面的學(xué)術(shù)交流及參觀活動(dòng)，回國(guó)后在日本“宇宙航空環(huán)境醫(yī)學(xué)”雜志上發(fā)表文章，贊揚(yáng)本學(xué)科在中國(guó)的發(fā)展。

　　綜上所述，本世紀(jì)40年代之前，是人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的萌芽期；40年代至70年代，是準(zhǔn)備期；80年代初，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程開(kāi)始進(jìn)入真正發(fā)展期。目前，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程雖處于初期階段，但其蹤跡卻已深入到人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域。它的不斷發(fā)展和日趨完善，必將在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮其積極作用。

　　二、人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方法

　　1.研究?jī)?nèi)容

　　人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的研究?jī)?nèi)容可用圖1來(lái)形象描述，它包括七個(gè)方面，也即：人的特性研究、機(jī)的特性的研究、環(huán)境特性的研究、人-機(jī)關(guān)系的研究、機(jī)-環(huán)關(guān)系的研究、人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究�，F(xiàn)將這七個(gè)方面的部分研究要點(diǎn)簡(jiǎn)述如下：

　�。�1）人的特性研究 例如，人的工作能力研究；人的基本素質(zhì)的測(cè)試與評(píng)價(jià)；人的體力負(fù)荷、腦力負(fù)荷和心理負(fù)荷研究；人的可靠性研究；人的數(shù)學(xué)模型（控制模型和決策模型）研究；人體測(cè)量技術(shù)研究；人員的選拔和訓(xùn)練研究。

　�。�2）機(jī)的特性的研究 例如，被控對(duì)象動(dòng)力學(xué)的建模技術(shù)；機(jī)器的防錯(cuò)設(shè)計(jì)研究。

　�。�3）環(huán)境特性的研究  例如，環(huán)境檢測(cè)技術(shù)的研究；環(huán)境控制技術(shù)的研究；環(huán)境建模技術(shù)的研究。

　�。�4）人-機(jī)關(guān)系的研究 主要包括靜態(tài)人-機(jī)關(guān)系研究、動(dòng)態(tài)人-機(jī)關(guān)系研究和多媒體技術(shù)在人-機(jī)關(guān)系研究中的應(yīng)用等三個(gè)方面。靜態(tài)人-機(jī)關(guān)系研究主要有

　　   作業(yè)域的布局與設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)人-機(jī)關(guān)系研究主要有人、

　　    機(jī)功能分配研究（人、機(jī)功能比較研究；人-機(jī)界面設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)技術(shù)研究）。

　　（5）人-環(huán)關(guān)系的研究 例如，環(huán)境因素對(duì)人的影響；個(gè)體防護(hù)措施的研究。

　�。�6）機(jī)-環(huán)關(guān)系的研究 例如，環(huán)境因素對(duì)機(jī)器性能的影響；機(jī)器對(duì)環(huán)境的影響。

　�。�7）人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)總體性能的研究 例如，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)總體數(shù)學(xué)模型的研究；人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)全數(shù)學(xué)模擬、半物理模擬和全物理模擬技術(shù)的研究；人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)總體性能（安全、高效、經(jīng)濟(jì)）的分析、設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)。

　　2.實(shí)施方法

　　人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的實(shí)施方法可以概括為四句話、24個(gè)字，也即：基于三個(gè)理論（控制論、模型論、優(yōu)化論）、分析三個(gè)要素（人、機(jī)、環(huán)境）、歷經(jīng)三個(gè)步驟（方案決策、研制生產(chǎn)、實(shí)際使用）、實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo)（安全、高效、經(jīng)濟(jì)）。

　�。�1） 基于三個(gè)理論 人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程是一門(mén)綜合性邊緣技術(shù)科學(xué)，為了形成其理論體系，它從一系列基礎(chǔ)學(xué)科中吸取了豐富營(yíng)養(yǎng)，并奠定了自身的基礎(chǔ)理論。人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論可以概括為控制論、模型論和優(yōu)化論

　�、� 控制論 控制論的根本貢獻(xiàn)在于，它用系統(tǒng)、信息、反饋等一般概念和術(shù)語(yǔ)，打破了有生命與無(wú)生命的界限，使人們能用統(tǒng)一的觀點(diǎn)和尺度來(lái)研究人、機(jī)、環(huán)境這三個(gè)物質(zhì)屬性本是截然不同、互不相關(guān)的對(duì)象，并使其成為一個(gè)密不可分的有機(jī)整體。

　�、� 模型論 模型論能為人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程研究提供一套完整的數(shù)學(xué)分析工具。很顯然，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程不僅要求定性，而且要求定量地刻劃全系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為此，就必須針對(duì)不同客觀對(duì)象，引入適當(dāng)數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)建模、參數(shù)辨識(shí)、模擬和檢驗(yàn)等步驟，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)闡明真實(shí)世界的客觀規(guī)律。

　�、� 優(yōu)化論 優(yōu)化論的基本出發(fā)點(diǎn)是，在人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的最優(yōu)組合中，一般總有多種互不相同的方法和途徑，而其中必有一種或幾種最好或較好的，這樣一種尋求最優(yōu)途徑的觀點(diǎn)和思路，正是人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的精髓。優(yōu)化論正是體現(xiàn)這一精髓的數(shù)學(xué)手段。

　�。�2）分析三個(gè)要素 我們對(duì)人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素進(jìn)行分析，主要是研究如何運(yùn)用這三個(gè)要素來(lái)構(gòu)成我們所需的、具有特性功能的人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)。通常，根據(jù)各種系統(tǒng)的性能特點(diǎn)及復(fù)雜程度，我們將人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)分為三種類(lèi)型：

　�、� 簡(jiǎn)單（或單人、單機(jī)）人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng) 在這種系統(tǒng)中，一名操作人員只使用一臺(tái)機(jī)器在特定環(huán)境中工作，其情況如圖2所示�，F(xiàn)行的汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)……等都屬于這類(lèi)系統(tǒng)。

　�、� 復(fù)雜（或多人、多機(jī)）人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)是，一名操作人員可以操作兩臺(tái)以上的機(jī)器，或者是一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器同時(shí)可以被幾名操作人員使用，其情況如圖3所示。目前許多工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器的操作，都類(lèi)似于此。

　　③ 廣義（或大規(guī)模）人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng) 這類(lèi)系統(tǒng)廣泛存在于各種生產(chǎn)部門(mén)。各生產(chǎn)部門(mén)的最高決策者通過(guò)一套指揮/控制系統(tǒng)，對(duì)下屬各基層單位的生產(chǎn)狀況實(shí)施統(tǒng)一的管理和調(diào)度，這是一種典型的廣義人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)，其情況如圖4所示。

　　很顯然，無(wú)論是簡(jiǎn)單的、復(fù)雜的，還是廣義的人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)，都是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)。這是因?yàn)�，人體本身是一個(gè)巨系統(tǒng)，機(jī)器（或計(jì)算機(jī)）也是巨系統(tǒng)，再加上各種環(huán)境因素的作用和影響，因而形成人-機(jī)-環(huán)境這個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)。實(shí)踐證明，對(duì)任何一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的總體性能不僅取決于各組成要素的單獨(dú)性能，更重要的是取決于各要素的關(guān)聯(lián)形式，也即信息的傳遞、加工和控制方式。因此，要實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、環(huán)境的最優(yōu)組合，其難度是相當(dāng)大。而且，人們對(duì)人-機(jī)-環(huán)境這三個(gè)要素的研究，原先都是隸屬于不同的學(xué)科領(lǐng)域，其研究方法和研究思想也大不相同�，F(xiàn)在，為了將它們組合成一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，首先就必須有一個(gè)能夠統(tǒng)一描述人、機(jī)、環(huán)境各自能力及相互關(guān)系的理論，沒(méi)有這樣一個(gè)理論作指導(dǎo)，就根本談不上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)作深入研究，也就更談不上實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)化組合設(shè)計(jì)。所以，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程正是針對(duì)這種現(xiàn)實(shí)應(yīng)運(yùn)而生。

　�。�3）歷經(jīng)三個(gè)步驟 為了將人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，一般都應(yīng)經(jīng)歷方案決策、研制生產(chǎn)和實(shí)際使用三個(gè)階段。圖5表明了這三個(gè)階段的工作步驟和流程。由于圖5已

　　將各個(gè)步驟列舉得比較詳細(xì)，現(xiàn)僅就各有關(guān)階段的研究重點(diǎn)做些說(shuō)明，其余細(xì)節(jié)可相應(yīng)參閱文獻(xiàn)3-9。

　�、� 方案決策階段 方案決策是屬于理論分析范疇，也是最關(guān)鍵步驟。在這個(gè)階段，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程能為人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)提供一套完整的決策理論，其中最主要的任務(wù)是建立人、機(jī)、環(huán)境的各自數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)的總體模型，并借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行全系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模擬和優(yōu)化計(jì)算，以確定人、機(jī)、環(huán)境的最優(yōu)參數(shù)和系統(tǒng)的最優(yōu)組合方案。

　�、� 研制生產(chǎn)階段 在研制生產(chǎn)階段，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的任務(wù)是確定實(shí)現(xiàn)最優(yōu)方案的最佳途徑。在這個(gè)階段，始終強(qiáng)調(diào)把作為工作主體的人參與到系統(tǒng)中去，并通過(guò)半物理模擬或全物理模擬，不斷分析和檢驗(yàn)人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的整體性能和局部性能，并協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，使總體性能達(dá)最佳狀態(tài)。

　�、� 實(shí)際使用階段 在實(shí)際使用階段，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的任務(wù)是通過(guò)實(shí)際使用的驗(yàn)證，提出充分發(fā)揮現(xiàn)存系統(tǒng)性能的意見(jiàn)（如選拔操作人員的標(biāo)準(zhǔn)和訓(xùn)練操作人員的方案和計(jì)劃），全面做到物盡其用，人盡其才，并為進(jìn)一步改善和提高系統(tǒng)性能提出新的建議。

　�。�4）實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo) 一般而論，要同時(shí)滿足安全、高效、經(jīng)濟(jì)這三個(gè)指標(biāo)是困難的，而且有時(shí)是矛盾的。因此，為了用系統(tǒng)工程方法來(lái)使我們所建造的人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)這三個(gè)目標(biāo)，首先我們必需假設(shè)幾種設(shè)計(jì)方案，然后針對(duì)每種方案用全數(shù)學(xué)模擬、半物理模擬或全物理模擬方法，獲得圖6所示的關(guān)系曲線。

　　為了將安全、高效、經(jīng)濟(jì)這三個(gè)效能指標(biāo)合并為一個(gè)綜合效能指標(biāo)，我們可以定義一個(gè)綜合評(píng)定值Q：

　　Q=W1×安全+W2×高效+W3×經(jīng)濟(jì)

　　式中W1、w2、W3分別為對(duì)各指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，并有

　　W1+w2+W3=1

　　這三個(gè)加權(quán)系數(shù)的選擇取決于三種因素：①國(guó)家的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力。例如，當(dāng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)時(shí)，W3取值較小，反之應(yīng)取較大值；②人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的種類(lèi)。例如，飛機(jī)與船舶相比，飛機(jī)的安全性要求更高，故飛機(jī)的W1可取較大值，而船舶可取較小值；③人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的工作狀態(tài)。例如，戰(zhàn)斗機(jī)的一般飛行狀態(tài)與兩機(jī)格斗狀態(tài)相比，一般飛行狀態(tài)的W2可取較小值，而兩機(jī)格斗狀態(tài)應(yīng)取較大值。獲得Q值后，可將圖6曲線轉(zhuǎn)換成圖7。

　　根據(jù)圖7就能預(yù)測(cè)人、機(jī)、環(huán)境的最有參數(shù)�；�于這些參數(shù)，又能建立圖8所示的關(guān)系曲線，根據(jù)該曲線，就可確定最優(yōu)方案。在進(jìn)行系統(tǒng)方案可行性（或可實(shí)現(xiàn)性）研究之后，最后可對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行決策。據(jù)此選擇的方案，就是比較理想的方案。

　　總之，運(yùn)用人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程的研究方法，能為人們?cè)谠O(shè)計(jì)和建立任何人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)時(shí)，從定性走向定量、從不精確走向精確、從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)。這不僅可以實(shí)現(xiàn)人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的最優(yōu)組合，而且可以避免工程技術(shù)的大量返工和經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，并可加速人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的研制進(jìn)程。

　　三、人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論在生產(chǎn)力發(fā)展中的意義

　　從哲學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，生產(chǎn)力是這樣來(lái)定義的：“人們?yōu)榱诉M(jìn)行物質(zhì)資料的生產(chǎn)，必須使用一定的生產(chǎn)工具。從事生產(chǎn)物質(zhì)資料生產(chǎn)的人同以生產(chǎn)工具為主的被用于生產(chǎn)的勞動(dòng)資料相結(jié)合，就構(gòu)成社會(huì)生產(chǎn)力。”[10]很顯然，在任何生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)機(jī)器（或生產(chǎn)工具）是進(jìn)行各種物質(zhì)資料生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是提高生產(chǎn)力的基本條件。但是，任何機(jī)器都必須靠人去掌握和操縱，而且人和機(jī)器又都處于各種特定環(huán)境下工作。所以，生產(chǎn)機(jī)器只是一種可能的生產(chǎn)力，它只有與人和工作環(huán)境有機(jī)結(jié)合才能成為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力。因此，為了極大提高社會(huì)生產(chǎn)力，就必須根據(jù)馬克思主義的辯證唯物論原理，并充分運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的精華，把精神與物質(zhì)、主觀與客觀、人與機(jī)器的關(guān)系從哲學(xué)高度的一般定性描述逐步過(guò)渡到定量描述，既要有科學(xué)理論的依據(jù)，也要有科學(xué)記錄的方法，更要有發(fā)揮人積極作用的措施。人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論的積極應(yīng)用及蓬勃發(fā)展，就能使人對(duì)生產(chǎn)機(jī)器有意識(shí)活動(dòng)的研究，在人體科學(xué)、生理學(xué)、工效學(xué)、人的因素、工程技術(shù)和環(huán)境科學(xué)等研究的基礎(chǔ)上，有了一個(gè)新的有定性到定量、由感性認(rèn)識(shí)朝著科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展的飛躍，為生產(chǎn)力的發(fā)展提供可靠的科學(xué)技術(shù)手段。

　　眾所周知，馬克思的《資本論》是從解剖資本主義的最基本細(xì)胞——商品開(kāi)始，從而揭露了資本主義的發(fā)展規(guī)律。克勞賽維茨在《戰(zhàn)爭(zhēng)論》中也是從解剖戰(zhàn)爭(zhēng)中的最簡(jiǎn)單、最抽象、最基本的要素——搏斗開(kāi)始，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)規(guī)律的描述。同樣，當(dāng)我們對(duì)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行描述時(shí)，也必須從生產(chǎn)的最普通、最常見(jiàn)、最基本的要素——簡(jiǎn)單（也即單人、單機(jī)）人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)開(kāi)始，情況如圖9所示，圖9是圖4的另一種表達(dá)方式。圖9的最下層就是最典型的簡(jiǎn)單人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)。

　　因此，當(dāng)我們研究任何一個(gè)生產(chǎn)群體時(shí)，都必須從最簡(jiǎn)單、一對(duì)一的生產(chǎn)實(shí)體開(kāi)始，隨后再對(duì)一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多的生產(chǎn)實(shí)體（也即復(fù)雜人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)），最后乃至大規(guī)模的生產(chǎn)群體（也即廣義人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)）進(jìn)行研究。為了進(jìn)行這些研究，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程就是一種有效的科學(xué)技術(shù)手段。所以，只要我們積極運(yùn)用人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論，將能全面揭示生產(chǎn)力發(fā)展的各種規(guī)律，從而為生產(chǎn)力的提高提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)施途徑。

　　事實(shí)也已表明，只要我們認(rèn)真按照人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程原理來(lái)從事生產(chǎn)活動(dòng)，就能取得較好效果。例如，懷化鐵路分局，運(yùn)用人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論來(lái)分析鐵路職工工傷事故的原因，并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，使725名調(diào)車(chē)作業(yè)人員，取得了連續(xù)90個(gè)月無(wú)責(zé)任因工死亡的好成績(jī)[11]。

　　綜上所述，可以深信，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程理論的積極應(yīng)用，必將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

　　                                    參考文獻(xiàn)

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　　2.       Research Needs for Human Factors,U.S.National Academy press,Washington,D.C.,1983

　　3.       陳信, 龍升照. 人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)總體分析方法,自然雜志,1985,8(3)

　　4.       陳信，龍升照. 人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)在軍事武器裝備研制中的地位.自然雜志,1985,8(5)

　　5.       陳信，龍升照，人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)理論及其在航空研究中的應(yīng)用.國(guó)際航空,1985(1)

　　6.       陳信，龍升照. 杜文俠,錢(qián)學(xué)森.加強(qiáng)人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)研究促進(jìn)武器裝備研制的發(fā)展.國(guó)防科技發(fā)展戰(zhàn)略討論會(huì)資料,1985

　　7.       陳信，龍升照. 人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程及其應(yīng)用展望,第一屆人機(jī)系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)會(huì)議,1988

　　8.       Long shengzhao,et al.Study of Overall Analisis of the Man-Manchine-Environment Systems.18th Congress of the International Council of the Aeronautical Science,1992

　　9.       Chen Hsin, Long shengzhao.Application of Man-Manchine-Environment System Enginerring Theory to Aerospace Research.32nd International Congress of Aviation and Space Medicine,1984

　　10.     艾思奇主編.辯證唯物主義歷史唯物主義(第三版)北京:人民出版社,1978

　　11.     文成.運(yùn)用人機(jī)環(huán)系統(tǒng)理論提高鐵路運(yùn)輸職工的安全可靠性,鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保,1991(3)

　　(文獻(xiàn)來(lái)源:《人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程研究進(jìn)展（第一卷）》，北京科學(xué)技術(shù)出版社，1993)