1、先進制造中人機協同的重要手段自適應人機接口      早期CIMS在定義和功能上包含了一個工廠從市場分析經營決策接受定單開始，一直到產品售后服務為止的全部生產經營活動，在人們面前展示了一幅“無人化工廠”的燦爛前景。在這樣的“全自動化”的工廠里，強調以機器為中心，人們也十分清楚所謂的“無人化”并不是指沒有工人的工廠，而是工人必須迎合機器工作的工廠。這些系統可以同步和協調地運行，但缺乏處理突發事件以及不精確事件的手段，系統的魯棒性不強。系統一旦出現毛病，則會由高水平的有序狀態走向其反面極度的無序，即混亂，它沒有充分考慮和發揮人的經驗、能動性以及對意

2、外事件的反應能力1。另外，在考察這樣的代價高昂的絢麗圖景時，我們不禁要問：“這樣的系統是不是社會所需要的？在>' target='_blank' class='infotextkey'>經濟上是否負擔得起？是否有另一種可以取而代之的技術，它更適合現在和將來社會和生產的需要？” 于是，在人們面前擺著兩條截然不同的道路：一是全自動化。據以上所述，并結合目前實施CIMS的實際，可以看出這種“全自動化”是不切實際的和可望而不可及的。二是強調計算機與人的技能相結合，開創一個“以人為中心”的先進制造系統的新紀元。當人借助于軟件工具主動參與和控制

3、制造過程時，CIMS比無人時運行更為有效、更為健壯、更具柔性2。在這種系統（可以稱之為基于經驗的人機混合自動化系統）中，并不強調由機器來取代人，不排斥人的能力及技巧，而是更加確認了人在系統中的指揮和決策作用3。 近年來，不少研究者愈來愈意識到人在制造系統中的作用與地位，并且CIMS等許多先進生產模式的提出，如精良制造、靈敏制造、以人為中心的CIMS、并行工程等，都在制造系統中強調了“人”所扮演的重要角色。 因而CIMS是一個人機交互的應用系統，研究其中人機交互方法及技術，正確劃分人機接口就成為一個迫切的問題。 1自適應人機接口是人機協同的重要手段 文獻4認為，先進

4、制造技術系統中人的因素總體上可以分為人機協同（Human-Machine Synergism）和人人協同（Human-Human Synergism）。 作為系統的“窗口”人機接口是人與機器打交道時的直接作用體，在許多用戶眼中，用戶界面就是產品。人機接口界面設計得好壞（是否具有一致性和透明性，交互系統是否易使用易學習，以及結構的復雜程度、靈活程度等）將直接影響到一個系統的成功與否、功能的發揮程度，更為重要的是影響到系統能否為用戶所接受，即用戶對系統的評價。 目前，國外人機接口的研究已轉向自適應人機接口（AHCI）方面。自適應人機接口的思想是直接了當的。簡單地說，它意味著接口

5、必須適應于用戶，而不是用戶適應于系統；此外，接口還必須適應于不同的任務。由此看來，AHCI可以作為人機協同系統的一種非常有效的方法，因為AHCI能適應當前的用戶和任務，允許用戶介入需要完成的任務中，由人機共同探測目標并進行人機協同推理，這些都與人機協同的思想相吻合。 把自適應人機接口引入CIMS及FMS中，使人機界面適應于不同特點和不同水平的用戶，最大限度地發揮人的智慧才有可能充分發揮CIMS、FMS軟件的功能，進而大大提高生產率。 2人機交互中的自適應因素分析 為了更好地描述自適應交互過程，筆者引入Norman5所提出的執行/評價循環，將人機交互分成4個組成部分

6、（元素）。 輸入和輸出是該系統的接口。每個部分都有各自的知識表示形式，而交互過程是沿著箭頭所示的4個步驟構成的循環，每一個步驟代表著從一個元素到另一元素的變遷。4個步驟及其中所需的自適應因素分析如下：（1）分解用戶將目標分解為子目標、任務、子任務動作序列，用戶只能通過輸入來操縱機器，因此必須將任務轉化為輸入的詞法，如擊鍵、移動鼠標、按動按鈕等。該步驟中即包括用戶模型，這種用戶模型具有混合遞階的結構，并記錄下用戶與系統交互的行為，作為跟蹤用戶的一條“線索”。（2）執行輸入的詞法被轉換為系統的內部語言，系統需對用戶的操作意圖進行推斷，并執行對應的程序，改變自身的狀態。（3）表示正如用戶需

7、將意圖轉換為相應的輸入一樣，系統也應把其執行的結果（新狀態）轉化成對應的用戶可以理解的輸出，包括界面形式、結果顯示、提示和幫助等。為了使界面的表示更加宜人化，系統可根據所保存的用戶線索（行為模型）、用戶的經驗模型以及上下文（用戶意圖）提供適應的界面變體。（4）觀察與評價系統的輸出提供給用戶，用戶對結果進行觀察和評價，與其原有目標比較。評價的步驟亦可由系統來完成，用戶僅需給出對評價的評價。 該交互模型直觀地描述了人機交互的執行評價循環，其中4個環節均可加入自適應因素，并可通過不同的方法，如知識基系統、模糊方法或神經網絡等來建模與實現。 3自適應人機接口結構模型 在傳

8、統的人機界面設計中，界面設計所針對的用戶并不是某一具體用戶，而是將來可能使用該軟件的用戶群的抽象。通常以該用戶群的平均知識和技能水平為標準來進行界面設計。而實際的情況是，用戶的功能需求各不相同，依據個人的技巧、經驗、心理特點其對數據也有不同的看法，并且用戶各自有其熟悉的解決問題的方式，因而我們需要一種智能人機界面。AHCI就是這樣的一種智能人機界面，它是傳統人機界面的一種擴展，它在人機交互過程中可檢測到不同用戶及其任務的差異，對這些差異作出評價，并根據需要隨時自動改變界面的表現形式及功能。這種界面的柔性或智能體現在它對不同用戶或同一用戶在不同時間都具有適應性。 自適應人機接口主要完成

9、三大任務：幫助和引導用戶有效地使用系統的功能；積極參與用戶的問題求解過程；必要時對用戶提供訓練6。 筆者將用戶界面>' target='_blank' class='infotextkey'>管理系統（UIMS）、決策支持系統（DSS）以及專家系統（ES）等現有的技術結合起來并加以推廣，給出一個自適應人機界面的結構模型(見圖2)。該模型基于UIMS中最著名的Seeheim模型，并將Seeheim模型中的應用接口部件擴充成由DSS和ES各自優點相結合所產生的智能決策支持系統(IDSS)，這樣整個界面的適應性就可以充分地在IDSS模塊中

10、得到體現。 IDSS中的主要模塊包括：(1)用戶模型依據用戶的經驗、交互>' target='_blank' class='infotextkey'>歷史、認知特點、偏好、動機、>' target='_blank' class='infotextkey'>教育程度、文化背景等諸多信息對用戶進行識別、分類與建模。目的是預測用戶將來的行為以及產生更清晰、更簡潔、更有針對性的人機對話。該模型是一個能夠從人機對話的交互過程中自動獲取新知識，檢測沖突，并對用戶模型進行修改的動態用戶模型。(2

11、)任務模型用戶的操作總是試圖達到一定的目標。目標可以分解成若干級，從整個任務的目標到最直接的操作。任務模型具有分層結構，與用戶模型一起來探測用戶操作的意圖。也可把任務模型歸于用戶模型，并將其稱為用戶功能模型(OFM)。(3)意圖推理解釋用戶的輸入，系統根據觀察到的用戶動作，推知動作之后所隱含的特定目標信息，以便系統根據用戶的意圖進行相應的反應。(4)出錯監控檢測意圖推理器所不能解釋的用戶操作，識別、分類和補償錯誤。向用戶適時地提供建議，以促進用戶的學習過程。(5)任務協調根據人和機器的信息處理的特點，在用戶及機器之間動態調配任務。(6)訓練計劃監控事件，需要時向用戶提供適當的訓練。(7)策略產

12、生器根據以上步驟的執行結果推理產生系統響應的回饋策略，包括適合用戶的界面交互形式、內容、顯示信息的格式等。(8)解釋產生器向用戶提供有關系統內部推理策略和結果的解釋性信息，加強系統與人的溝通，使系統的建議更易為人所理解和接受。(9)界面形式產生器根據策略產生器的結果最終拼裝產生的適應不同用戶、不同任務、不同情景的用戶友好的界面。(10)應用程序某個特定領域的應用功能模塊。IDSS模塊中許多模塊，如用戶模型、任務模型、意圖推理、策略產生、界面形式等，都需要ES提供的數據、知識和規則推理的支持。圖中的IDSS結構只畫出了DSS這條主線，沒有畫出為DSS提供支持的知識庫、規則庫和中央數據庫。IDSS

13、是應用ES技術來擴展DSS能力的，同時人的參與又擴展了ES能力的有效系統，使人機交互系統具有極大的靈活性和透明性，這種結構非常適合于構造自適應人機界面，并為人機協同控制的實現提供了方法。 國家自然科學基金資助項目(69285005)、航空高等院校自選課題資助項目 作者簡介：郝琪女，1970年生。西北工業大學(西安市710072)飛行器制造工程系講師、博士后研究人員。主要研究方向為CNC，CIMS，智能制造，人的因素、人機界面和人機協同等。已發表論文近10篇。   羅衛平彭炎午西安市710072西北工業大學 作者單位：郝琪西北工業大學(西安市71

14、0072)羅衛平彭炎午西安市710072西北工業大學 參考文獻1Rosenbrock H H.Designing Human-Centered Technology.Across-Disciplinary Project in Computer-Aided Manufacturing.London,U.K:Springer-Verlag Limited, 1989：782Corbett M. Designing Hybrid Automated Manufacturing Systems: A European Perspective. IEEE International Conference on System, Man and Cybernetics. San Antonio, Texas,Piscataway, NJ, USA: Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.，1994：1671723杜清秀.計算機工程與應用, 1994,30(7、8):53564 陳國權.中國機械工程, 1996, 7(1): 12145Finlay J，Beale R. Pattern Recognition and Classification in Dyn