馮傳宴，李志忠

（1.清華大學(xué)工業(yè)工程系，北京 100084； 2.北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191）

1 引言

人因工程（Human Factors Engineering，HFE）的目的在于讓科技為人類(lèi)服務(wù)，即通過(guò)使技術(shù)更好地為人服務(wù)來(lái)改善人們的生活［1］。充分和及時(shí)地將HFE 納入系統(tǒng)全生命周期是至關(guān)重要的（尤其是在項(xiàng)目的早期階段），它可以鼓勵(lì)項(xiàng)目人員對(duì)人的因素（Human Factors，HF）考慮的重要性進(jìn)行必要的認(rèn)同和認(rèn)識(shí)［2］，但在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)太少、太遲現(xiàn)象，要么是由于更改系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本太高或太耗時(shí)（太遲）而導(dǎo)致HF 的益處被忽視，要么是對(duì)設(shè)計(jì)僅做微小改動(dòng)（或成為建議）以表面上支持HF（太少）［3-4］。要想充分發(fā)揮HF 的作用，就需要在整個(gè)生命周期中運(yùn)用HFE 方法［3］。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指出系統(tǒng)生命周期所有階段的活動(dòng)都需要考慮HF［5-6］，其中進(jìn)行HF 考量的活動(dòng)稱(chēng)之為HFE 活動(dòng)。相應(yīng)地，這些HFE 活動(dòng)也都需要HF 知識(shí)、方法、模型、工具、要求（Requirement）、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)／文獻(xiàn)等的支持（下文統(tǒng)稱(chēng)為HFE 支撐），但目前相關(guān)的研究并不完善，存在諸如不同組織／機(jī)構(gòu)的話(huà)語(yǔ)體系不一致及相應(yīng)的HFE 分析不系統(tǒng)、對(duì)系統(tǒng)全生命周期的HFE 活動(dòng)及HFE 支撐的總結(jié)相對(duì)缺乏且不夠細(xì)化等問(wèn)題。上述情況可以總結(jié)為“在系統(tǒng)全生命周期的實(shí)踐中HFE 做什么以及怎么做？”這一研究問(wèn)題，目前這一問(wèn)題尚未得到很好地解決。

國(guó)際上，航空航天航海、國(guó)防軍事等復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)領(lǐng)域一直高度重視HF 的應(yīng)用研究，眾多組織／機(jī)構(gòu)相繼開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范用以指導(dǎo)工業(yè)實(shí)踐［7-8］。但是文獻(xiàn)調(diào)研指出，僅采用規(guī)范（Prescriptive）性的HFE 標(biāo)準(zhǔn)和指南來(lái)支持工業(yè)實(shí)踐存在一些缺陷，如HFE 標(biāo)準(zhǔn)有時(shí)太模糊或太嚴(yán)格、不涉及權(quán)衡、反映了現(xiàn)有技術(shù)和知識(shí)的局限性、較長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)時(shí)間（創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程需要在不同的利益攸關(guān)者群體之間達(dá)成一致）等［9］。此外，一些工業(yè)領(lǐng)域還建立了其組織內(nèi)通用的HFE 標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注了特定的人群、系統(tǒng)類(lèi)型和系統(tǒng)功能［10］，而考慮復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)實(shí)踐中多種多樣的用戶(hù)人群特征、使用情境或應(yīng)用領(lǐng)域，已有的標(biāo)準(zhǔn)可能并不適用［10］。值得注意的是，雖然許多領(lǐng)域的HFE 標(biāo)準(zhǔn)并不完全一樣，但卻通常基于相同的核心科學(xué)基礎(chǔ)，實(shí)際上它們經(jīng)常相互交叉引用［11］。

基于以上背景，通過(guò)與多名行業(yè)資深HF 專(zhuān)家進(jìn)行廣泛的討論，本文認(rèn)為有必要提出一個(gè)復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)全生命周期中HFE 分析的基本框架，這一框架應(yīng)包括生命周期各個(gè)階段的HFE 活動(dòng)以及相應(yīng)的HFE 支撐，可以嘗試回答前述的研究問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，本文進(jìn)行了構(gòu)建該基本框架的嘗試，主要分2 步。首先，通過(guò)總結(jié)系統(tǒng)生命周期的相關(guān)文獻(xiàn)，構(gòu)建了足夠細(xì)化的系統(tǒng)生命周期通用模型；其次，在前文（本文為《人因工程與系統(tǒng)工程的集成》系列論文［12-14］的第四篇，文中的前文均指第三篇《人因工程與系統(tǒng)工程的集成 第三部分：技術(shù)路線(xiàn)總結(jié)和解決方案探索》［14］）針對(duì)安全關(guān)鍵領(lǐng)域開(kāi)展的技術(shù)路線(xiàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)涉及系統(tǒng)生命周期各個(gè)階段的HFE 活動(dòng)和HFE 支撐的文獻(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)性的總結(jié)，從而提出了復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)全生命周期中HFE 分析的基本框架。

2 復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)全生命周期中人因工程分析的基本框架

為了避免前面提及的規(guī)范性HFE 標(biāo)準(zhǔn)和指南的局限性，該框架將適用于生命周期的以人為中心的設(shè)計(jì)（Human-Centred Design，HCD）過(guò)程與HFE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了結(jié)合，這使得其具有較好的實(shí)用性和通用性。為增強(qiáng)其實(shí)用性，該框架定義了足夠細(xì)化的系統(tǒng)生命周期模型（包括了5 個(gè)生命周期階段及對(duì)應(yīng)的14 個(gè)步驟），以更好地支持系統(tǒng)生命周期各個(gè)階段的HFE 活動(dòng)。為確保其通用性（有利于消除行業(yè)壁壘，能夠服務(wù)于不同的復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)），該框架的HFE 活動(dòng)／過(guò)程和HFE 支撐均總結(jié)自典型安全關(guān)鍵的復(fù)雜工業(yè)領(lǐng)域的組織／機(jī)構(gòu)發(fā)布的在系統(tǒng)生命周期中考慮HFE 的相關(guān)文獻(xiàn)。為方便構(gòu)建這一基本框架，本文研究進(jìn)行如下約定：首先，術(shù)語(yǔ)Ergonomics、Human Factors、Human Engineering 和Human Factors Engineering 可互換使用，分別譯為工效、人因、人的工程（國(guó)軍標(biāo)將其譯成人機(jī)工程）和人因工程，并采用國(guó)際工效學(xué)聯(lián)合會(huì)（International Ergonomics Association，IEA） 對(duì)HF 的 定義［8，15］。其次，盡管本文的系統(tǒng)生命周期表示成了離散、順序的階段，但在實(shí)際工業(yè)實(shí)踐中這些階段是相互依賴(lài)且存在重疊的（但不互相隸屬），且因不同領(lǐng)域的組織／機(jī)構(gòu)而存在差異［16］。本框架?chē)?yán)格限制系統(tǒng)生命周期各個(gè)階段僅考慮該階段的原有活動(dòng)。典型的，該框架采用狹義的開(kāi)發(fā)階段，其不包括后續(xù)的生產(chǎn)、運(yùn)行等階段。另外需要注意的是，該框架中其他一些術(shù)語(yǔ)有時(shí)也是可互換使用的，典型的有設(shè)計(jì)（Design）、開(kāi)發(fā)（Development）和設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)［17-18］。

2.1 系統(tǒng)生命周期通用模型的構(gòu)建

構(gòu)建足夠細(xì)化的系統(tǒng)生命周期通用模型是構(gòu)建系統(tǒng)全生命周期HFE 分析基本框架的基礎(chǔ)和第一步?？紤]到ISO 標(biāo)準(zhǔn)體系的通用性，本研究首先參考了ISO／IEC／IEEE 15288《系統(tǒng)和軟件工程-系統(tǒng)生命周期過(guò)程》所采用的通用生命周期模型［19-20］，以及ISO／IEC／IEEE 24748-1《系統(tǒng)和軟件工程-生命周期管理-第1 部分：生命周期管理指南》第5 節(jié)的生命周期階段［16］，劃分了概念、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)行與維修、退役這5 個(gè)生命周期階段。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合EN 50126-1《軌道交通-可靠性、可用性、可維修性和安全性（Reliability，Availability，Maintainability and Safety，RAMS）的規(guī)范和示范 第1 部分：通用RAMS 過(guò)程》6.2 節(jié)圖6 的系統(tǒng)生命周期［21］以及IEC 62278《軌道交通-可靠性、可用性、可維修性和安全性規(guī)范及示例》（此處采用對(duì)應(yīng)國(guó)標(biāo)GB／T 21562［22］的譯法）5.2.2 節(jié)圖8 的系統(tǒng)生命周期［23］，從而得到與生命周期階段對(duì)應(yīng)的14 個(gè)生命周期步驟，如圖1 所示。IEC 62278 ∶2002 由EN 50126-1 ∶1999 轉(zhuǎn)化而來(lái)，目前后者已更新為EN 50126 ∶2017，因此本文的生命周期步驟及其一般工作（General tasks）將主要參考EN 50126 ∶2017，另有幾個(gè)步驟的一般工作（步驟3、步驟11 ～14）采用IEC 62278 ∶2002 的一般工作進(jìn)行補(bǔ)充與完善。該模型按順序表示生命周期，這樣的表示形式僅是為了顯示各個(gè)階段／步驟之間的聯(lián)系［21］，并不意味著生命周期階段／步驟具有固定的順序。

另外也可對(duì)系統(tǒng)生命周期通用模型進(jìn)行V型表示，如EN 50126（2017）的Figure 7。還可參照INCOSE（2015） Figure 1.1 的表述方式，選取ISO／IEC／IEEE 15288（2015）定義的4 個(gè)過(guò)程類(lèi)別來(lái)表征上述包括5 個(gè)生命周期階段的系統(tǒng)生命周期模型，從而支持系統(tǒng)工程［19-20］。此外，為更好地兼容不同的安全關(guān)鍵領(lǐng)域，INCOSE（2015）的Figure 3.3 還比較了典型的生命周期模型［19］。

2.2 系統(tǒng)全生命周期中人因工程分析基本框架的構(gòu)建

本部分為構(gòu)建基本框架的第二步?；谇拔膶?duì)工業(yè)實(shí)踐中已有技術(shù)路線(xiàn)的總結(jié)，選取了與HF／SE 集成的相關(guān)度一欄為高且在系統(tǒng)生命周期中考慮了足夠細(xì)化的HFE 活動(dòng)或過(guò)程的相關(guān)文獻(xiàn)［14］，一并列出的還有其所屬的工業(yè)領(lǐng)域，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 HFE 分析基本框架構(gòu)建的入選文獻(xiàn)Table 1 Chosen literature for the general framework of HFE analysis

針對(duì)系統(tǒng)生命周期通用模型各個(gè)步驟所包括的一般工作，進(jìn)行上述15 篇入選文獻(xiàn)中對(duì)應(yīng)的HFE 活動(dòng)／過(guò)程和HFE 支撐的總結(jié)，建立這兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而提出了系統(tǒng)全生命周期中HFE 分析的基本框架，見(jiàn)表2。為適應(yīng)前述系統(tǒng)生命周期模型（見(jiàn)表2 的第1 列），該基本框架中各個(gè)步驟的一般工作（見(jiàn)表2 的第2 列）主要參考EN 50126-1 的表1［21］，并結(jié)合IEC 62278（或GB／T 21562）的圖9［22-23］進(jìn)行了補(bǔ)充與完善。其中，表2 中未標(biāo)注參考文獻(xiàn)的一般工作均出自EN 50126-1?？蚣苤械腍FE 活動(dòng)／過(guò)程（見(jiàn)表2 的第3 列）包括了HFE 活動(dòng)或HCD 子過(guò)程。針對(duì)各步驟的一般工作對(duì)應(yīng)的HFE 活動(dòng)／過(guò)程這一欄的具體內(nèi)容，首先參考一般工作的內(nèi)容表述，檢索并選取上述15 篇文獻(xiàn)中相關(guān)的HFE 活動(dòng)／過(guò)程。然后，針對(duì)前述15 篇文獻(xiàn)HFE 活動(dòng)／過(guò)程的匯總結(jié)果，進(jìn)行相同／相似內(nèi)容的合并，不一致的表述則單獨(dú)列出，從而構(gòu)建該一般工作所包括的HFE活動(dòng)／過(guò)程的最小公倍數(shù)。最后，按照表述邏輯性和連貫性進(jìn)行HFE 活動(dòng)／過(guò)程內(nèi)容的順序調(diào)整，從而得到各步驟一般工作對(duì)應(yīng)的HFE 活動(dòng)／過(guò)程?？蚣苤械腍FE 支撐（見(jiàn)表2 的第4 列）列出了支撐對(duì)應(yīng)HFE 活動(dòng)／過(guò)程的具體章節(jié)、表格、附錄等在所引用文獻(xiàn)中的定位信息。受限于表格篇幅，HFE 支撐在本文中暫不詳細(xì)展開(kāi)。

表2 系統(tǒng)全生命周期中HFE 分析的基本框架Table 2 General framework for Human Factors Engineering analysis in system lifecycle

典型的HCD 子過(guò)程采用了輸入-過(guò)程-輸出（Input-Process-Output，IPO）范式，其提供的內(nèi)容不限于HFE 活動(dòng)，因此更為豐富，但缺點(diǎn)在于過(guò)程不涉及具體的方法和工具［19］。不同HFE 活動(dòng)分組（如HFE 方面／組成／基本活動(dòng)）和HCD 過(guò)程（即HCD 子過(guò)程分組，如以人為中心的過(guò)程（Human-Centred Process，HCP）3.2～HCP3.5）為更高一級(jí)的大標(biāo)題，雖然其主要涉及設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，但也可能出現(xiàn)在其他生命周期階段［25，32］。HFE 活動(dòng)／過(guò)程和HFE 支撐根據(jù)其出處標(biāo)注引用文獻(xiàn)，相同或相似的HFE 活動(dòng)／過(guò)程在進(jìn)行合并后引用多個(gè)文獻(xiàn)。在表2 中，第3 列的HFE 活動(dòng)／過(guò)程的字母上標(biāo)與第4 列的HFE 支撐的字母標(biāo)號(hào)是一一對(duì)應(yīng)的，多個(gè)文獻(xiàn)統(tǒng)一在第4 列的HFE 支撐處進(jìn)行引用。此外，針對(duì)待設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的某一具體元素，其整個(gè)的HF 設(shè)計(jì)過(guò)程也需按照該基本框架進(jìn)行，這就導(dǎo)致了該基本框架的某些環(huán)節(jié)可能存在一定重復(fù)。前者對(duì)象為系統(tǒng)，后者為系統(tǒng)中具體的元素，反映了設(shè)計(jì)過(guò)程的迭代性。有必要說(shuō)明的是，該框架主要是從HF 從業(yè)者角度提出的，足夠細(xì)化且通用的框架使得其具有較好的實(shí)用性和通用性，從而更好地服務(wù)于工業(yè)實(shí)踐。此外，各個(gè)步驟的HFE 支撐中涉及的文獻(xiàn)可能十分廣泛。

另外還有2 個(gè)方面需要注意。首先，該框架生命周期各個(gè)階段的步驟并不是固定的（該框架的相對(duì)順序僅為一種典型呈現(xiàn)），同一步驟（或步驟中的（某一或某些）HFE 活動(dòng)／過(guò)程）可能在多個(gè)生命周期階段中重復(fù)出現(xiàn)，其順序應(yīng)參考對(duì)應(yīng)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)制定。很典型的，HF 風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估［23，30］、HF 驗(yàn)證與確認(rèn)［21，24］、HFE 意識(shí)培訓(xùn)［2］等HFE 活動(dòng)／過(guò)程會(huì)在生命周期各個(gè)階段迭代進(jìn)行，并向前述階段提供反饋。其次，因應(yīng)用場(chǎng)景／語(yǔ)境不同，一些術(shù)語(yǔ)可能出現(xiàn)多個(gè)相似的中文翻譯，典型的有Process 可譯為流程或過(guò)程；Review 可譯為評(píng)審、審查或?qū)徍?，以及回顧；Performance 可譯為性能、績(jī)效或效能；Acquisition 可譯為采購(gòu)、訂購(gòu)或采辦；Integration 可譯為總裝、集成或整合；Utilization stage 可譯為使用階段或運(yùn)營(yíng)階段；Support stage 可譯為保障或維護(hù)階段；Retirement stage 可譯為退役或處置階段；Requirement可譯為要求或需求；Maintenance 可譯為維修或維護(hù)；Facility 可譯為設(shè)施或設(shè)備；Operation 可譯為運(yùn)行、運(yùn)營(yíng)或操作。

3 討論與展望

首先，針對(duì)“系統(tǒng)全生命周期的實(shí)踐中HFE做什么以及怎么做？”這一研究問(wèn)題，本文開(kāi)展了系統(tǒng)全生命周期中HFE 分析的基本框架研究。在前文［14］的文獻(xiàn)總結(jié)基礎(chǔ)上，通過(guò)引入足夠細(xì)化的通用生命周期模型，并進(jìn)一步總結(jié)了系統(tǒng)生命周期各個(gè)階段的HFE 活動(dòng)和HFE 支撐，本研究提出了一個(gè)系統(tǒng)全生命周期中HFE 分析的基本框架。該基本框架包括了生命周期的5 個(gè)階段和14 個(gè)對(duì)應(yīng)的步驟，并闡述了各個(gè)步驟的一般工作、HFE 活動(dòng)／過(guò)程以及HFE 支撐。該框架的提出為解決上述研究問(wèn)題提供了參考，可以用來(lái)支持系統(tǒng)生命周期各個(gè)階段的活動(dòng)，讓這些活動(dòng)充分考慮HFE［2，38］，以達(dá)到人機(jī)更好的匹配和集成。在實(shí)際應(yīng)用中，需要進(jìn)一步建立從該框架到工業(yè)實(shí)踐要求、技術(shù)和過(guò)程的映射，并識(shí)別相應(yīng)工業(yè)實(shí)踐可能需要對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善的地方或?yàn)闈M(mǎn)足組織需要建立新的標(biāo)準(zhǔn)［10］。同時(shí)，本文研究?jī)?nèi)容是前文［14］提出的解決“HF 與SE 未能很好的集成”這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決方案的第一步，可為其后續(xù)步驟的開(kāi)展提供重要的基礎(chǔ)。

其次，陳善廣等［8］提出了“…亟需開(kāi)發(fā)適合設(shè)計(jì)師使用的HF 設(shè)計(jì)的方法、工具和標(biāo)準(zhǔn)”的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題以及“制定系統(tǒng)全生命周期的HF 設(shè)計(jì)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，…將HFE 的思想和方法論貫穿系統(tǒng)／產(chǎn)品設(shè)計(jì)研制的全過(guò)程”的發(fā)展建議，從而更好地為人與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)提供理論支撐。

本部分研究的結(jié)果為上述關(guān)鍵問(wèn)題和發(fā)展建議提供了部分思路，后續(xù)本部分的期望目標(biāo)即是提出新的在生命周期中考慮HFE 的標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范系統(tǒng)生命周期各個(gè)階段的HFE 分析，從而支持一線(xiàn)的工業(yè)實(shí)踐活動(dòng)（如系統(tǒng)生命周期各個(gè)階段的活動(dòng)、企業(yè)／機(jī)構(gòu)HFE 項(xiàng)目的構(gòu)建、HFE 在系統(tǒng)生命周期的管理等）。

最后，本部分提出的基本框架仍有待后續(xù)的深入研究。理論上較簡(jiǎn)單的框架（典型的如ISO 6385（2016）的6 個(gè)階段框架）通用性較好，但是其實(shí)用性就相對(duì)較差。在實(shí)際的文獻(xiàn)總結(jié)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)從通用領(lǐng)域推廣到具體工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)簡(jiǎn)單（需要結(jié)合具體領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行對(duì)象化），但是反過(guò)來(lái)從多個(gè)安全關(guān)鍵領(lǐng)域凝練出一個(gè)實(shí)用且通用的基本框架則難度較大。標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高度反映，本研究構(gòu)建面向復(fù)雜工業(yè)領(lǐng)域?qū)嵱们彝ㄓ玫幕究蚣艿哪繕?biāo)即是希望提出相應(yīng)的HFE標(biāo)準(zhǔn)，因此需要掌握多個(gè)安全關(guān)鍵領(lǐng)域的話(huà)語(yǔ)體系、包括熟悉其標(biāo)準(zhǔn)體系以及充分理解相應(yīng)的工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這些工作存在較大的困難。本部分的基本框架正是在開(kāi)展上述工作的基礎(chǔ)上提出的，盡管付出了較多的努力，目前尚未得到獲得一致認(rèn)可的基本框架，但本部分的嘗試仍可作為一個(gè)有價(jià)值的參考。后續(xù)的研究可結(jié)合實(shí)際的工業(yè)實(shí)踐以及領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)進(jìn)行該框架的進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

4 結(jié)論

針對(duì)“系統(tǒng)全生命周期的實(shí)踐中HFE 做什么以及怎么做？”這一研究問(wèn)題，本文提出了復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)全生命周期中HFE 分析的基本框架。該框架包括了生命周期的5 個(gè)階段和14 個(gè)對(duì)應(yīng)的步驟，并進(jìn)一步闡述了各個(gè)步驟的一般工作、HFE活動(dòng)／過(guò)程以及HFE 支撐。該框架的提出具有以下2 方面研究意義：首先，本文提出的基本框架可為上述研究問(wèn)題的解決提供參考，同時(shí)其也是前文提出的解決方案的第一步，可為其后續(xù)步驟的開(kāi)展提供重要的基礎(chǔ)；其次，本研究為陳善廣等提出的相關(guān)關(guān)鍵問(wèn)題和發(fā)展建議提供了部分思路，可用于支持工程一線(xiàn)的HF 實(shí)踐。