随着新一轮科技革命与产业革命加速演进，机器人产业蓬勃发展，正极大改变着人类生产和生活方式。根据《“十四五”机器人产业发展规划》，“十四五”期间，我国将重点面向汽车、航空航天等领域的工业机器人，开拓仓储物流的高端应用市场，深入推动智能制造。在推进人工智能、大数据等新技术与机器人技术融合的同时，加强人机交互等核心技术攻关。如今，我国工业机器人需求激增，新技术、人本思想、人机交互的新特征都对工业机器人领域的人因工程应用提出了强烈需求。如何构建安全、和谐、高效的人机关系不仅是复杂军事与工业领域高度关注的课题，而且也与人们未来工作与生活的品质息息相关。那么什么是人因工程？什么是人机交互？它们的内核和意义是什么？本文将围绕这些内容进行阐述。

一、人因工程（Human Factors Engineering, HFE）

人因工程是一门致力于研究人-机-环境之间关系的综合性交叉学科，研究在系统和产品的设计中如何考虑人的特点、能力和需求，以及机器、环境等条件的限制^[1]。当前人因工程存在很多叫法，欧美有人称之为工效学或人类工效学（Ergonomics），国内也译为人机工程、人机工效学、人体工程学、人体工学等，相关学会或学术会议则多并称为“人因与工效学”。目前普遍采用的定义是国际人类工效学协会（IEA）的表述：人因工程（工效学）是研究系统中人与其他要素之间相互作用的学科，并运用相关原理、理论、数据与方法开展系统设计以确保系统实现安全、高效且宜人（健康）的目标^[2]。

人因工程充分体现了工程技术与人体科学、环境科学、系统科学等多学科的结合，其发展伴随着科技、社会的进步，特别是工业化水平。起源可追溯至19世纪末著名的泰勒铁锹实验，研究人的工作效率，建立了以提高作业绩效为目标的作业方法及作业标准。伴随第二次世界大战的爆发，人因工程逐渐用于解决军事装备领域复杂的人机关系，着眼于降低人员失误、提升武器性能。“机适应人”的思想逐渐取代了“人适应机”。直到20世纪50年代末，人因研究逐渐转向民用领域，在汽车、飞机等工业领域快速发展，应用于产品和工程设计中。随着信息化时代的到来，现代人因工程的研究重点从传统机械装备转向软件界面、计算机操作台等数显设备的人机交互设计。“以人为中心”的人机系统交互（人与机械、计算机、信息）成为该阶段的研究重点。在第四次工业革命的驱动下，智能机器人成为人因工程的研究对象，研究新一代操作工与机器人、智能装备及其工作环境之间的相互作用，人机共融（Human-Robot Collaboration, HRC）等概念被提出。

随着制造系统自动化、数字化、智能化的发展，人在复杂制造系统中的角色逐渐从体力劳动者转向脑力劳动者，在劳动力有限、人力成本增加的情况下，如何发挥人的作用、考虑人的因素以及人机关系尤为重要^[3]。如果系统设计缺乏人因工程考虑，一是容易导致用户不满甚至造成职业健康损伤，或者让人容易发生失误，导致安全事故；二是造成系统研发周期延长、研发费用增高，数据统计表明如果系统发生问题时才考虑人因工程，费用可占总投入的20%以上，是设计早期考虑人因工程的十倍^[2]。

二、人机交互（Human-Computer Interaction, HCI）

随着计算机技术、网络技术和人因工程的迅速发展，人机交互已成为国际计算机科学领域最为活跃的一个研究方向。1999年，人机交互被正式定为美国21世纪信息技术基础研究的方向之一（还有软件、网络、高性能计算机）。美国国防关键技术计划不仅把人机交互列为软件技术发展的重要内容之一，而且还专门增加了与软件技术并列的人机界面这项内容。我国973、863、十五计划均将人机交互列为主要内容^[1]。《上海市数字经济发展“十四五”规划》规划提出，发展人机交互技术，加快智能人机交互、虚拟数字人等核心技术攻关。

人机交互技术，大约出现于上世纪60年代，主要是研究用户及其与计算机的关系，包括人道计算机和计算机到人的信息交换两部分。人因工程、计算机科学、认知心理学等诸多学科为人机交互技术奠定了重要理论基础，使得计算机与人的对话能够满足人的思维模式与使用习惯，实现软件的高可用性。鼠标、多点触控和体感技术通常被称为人机交互的三次革命。从1985年键盘和鼠标的诞生，再到后来显示屏的触控体验，无一不是在改进人机交互中用户的体验。例如，电脑工作人员长时间从事键盘、鼠标操作往往产生手腕、手臂、肩背的疲劳，影响工作和休息，因此，设计人员开始从人因工程的角度改变产品的造型设计，使得操作者采用舒适、自然的作业姿势。

人机交互的发展呈现多样化、多通道交互的特点，使人-机之间的交互像人-人交互一样自然、方便。最初的人机交互是人处于主导地位，系统按照人的要求、依据设定好的程序实现预期目标。在大数据、物联网和人工智能技术的支持下，人-机任何一方都可以发起互动行为，人机交互趋向于围绕系统设计的总目标主动进行，以满足人的各种需求。在交互技术上，人机交互正在向多模态交互、用户意图识别等方向发展；在交互理念上，人机交互逐渐从“以行动为中心”转变为“以用户为中心”，再演变为智能化时代的“以情境为中心”。

根据对《The design of everyday things》一书的总结，有以下七个主要的人机交互原则^[4]：

1. 轻松应用外界知识与用户头脑中的知识。人机交互过程中，系统设计应当容许用户把外界知识和头脑中的知识结合起来，视情况决定用哪种知识。如果完成任务所需的知识可以在外部世界中找到，用户就会学得很快，操作起来也轻松自如；假如用户依据把所需要的知识内化，操作起来也会更快更高效。

2. 简化任务结构。系统设计人员应当简化产品地操作方法，通过新技术对复杂操作加以重组，改变操作要求。此外，必须注意人的心理特征，考虑到人的短时记忆、长时间记忆和注意力的局限性。系统应当尽量减少操作过程中的干扰。

3. 注重可视性。系统设计人员应当注重可视性，使得用户在执行阶段明白哪些可以的操作以及如何操作。此外，还要注意操作行为和操作意图之间的匹配性，也就是，把操作结果明确显示出来。

4. 建立正确的匹配关系。设计人员应当利用自然匹配，确保用户看到下列关系：操作意图-操作行为，操作行为-操作效果，系统实际状态与用户通过视觉、听觉和触觉感觉到的系统状态。

5. 利用自然和人为的限制因素。系统设计人员要利用各种限制因素，使得用户清晰地看出只有一种可能的操作方式（即正确的操作方法）。

6. 考虑可能出现认为差错。系统设计人员应当考虑用户可能出现的所有操作错误，并应针对各种差错，采用相应的预防或处置措施。“防呆法”是一种预防矫正的行为约束手段，运用避免产生错误的限制方法，即“连愚笨的人也不会错事的设计方法”，让操作者不需要花费注意力、也不需要经验与专业知识即可直接无误地完成正确的操作。

7. 如果无法做到以上，就采用标准化。若在设计某系统或产品时，无法避免随意的匹配关系和操作中的困难，那就只有一个选择——标准化。可以把操作步骤、操作结果、产品的外观和显示方式表转化，或把产品及其问题标准化，通过标准作业达到目标效果。

参考文献

[1] 刘伟. 人机工程技术研究的现状及发展趋势[J]. 海淀走读大学学报, 2003, 64(4): 77–81.

[2] 陈善广, 李志忠, 葛列众等. 人因工程研究进展及发展建议[J]. 中国科学基金, 2021, 35(2): 203–212.

[3] 王柏村, 黄思翰, 易兵等. 面向智能制造的人因工程研究与发展[J]. 机械工程学报, 2020, 56(16): 240–253.

[4] 人机交互设计（HCI）的七原则[EB/OL]. (2018-07-24)[2022-08-24]. https://blog.csdn.net/dmsgames/ article/details/81165019.