我国运载装备声振人因工程发展现状、存在的主要制约及对策建议

发布时间: 2025-04-20

按:运载装备产业是国民经济和社会发展的重要支撑,不仅关系到国家战略安全和产业竞争力,也是推动科技创新和产业升级的关键力量。在我国运载装备产业不断发展的大背景下,出于市场和国家战略需要,对于运载装备人员的声振舒适性提出了更高的要求。我国的声振舒适性研究起步较晚,与国际上领先的相关研究成果总体上仍有一定差距,处于发展的初期阶段,具有我国特色的运载装备声振人因工程的发展形态和发展路径仍需进一步探索。浙江大学邱毅等在分析了运载装备声振人因工程国内现状、存在主要问题的基础上,从建立人因数据库、推动多学科交叉、加强高层次人才队伍建设和深化国际合作与交流等方面,提出了对于我国未来运载装备声振人因工程发展的具体建议。

运载装备可以满足人们对中长距离高速客运的指数级增长的需求,未来必将成为常见的交通运载工具出现在人们的生活与工作中,因而对其中的声振舒适性和人因功效性提出了更高要求。合理控制装备内环境,提声振舒适性与人因功效性已成为交通系统开发中新一轮发展趋势与核心竞争领域。由交通运输部、科学技术部于2021年8月25日印发实施的《关于科技创新驱动加快建设交通强国的意见》中强调了应加强人机交互、安全事故(征候)人因机理与干预等关键技术研究应用。除此之外,开展对于运载装备的声振人因工程相关研究也积极响应了《交通领域科技创新中长期发展规划纲要(2021—2035年)》中提出的在2035年前基本建成适应交通强国需要的科技创新体系要求。

一、我国运载装备声振人因工程发展现状

中国运载装备产业近年来发展迅速,已成为推动经济转型升级的重要力量。截至2023年末,中国高铁营业里程已达到4.5万公里,占铁路总营业里程的28.3%,并且高铁产业链较长且复杂,整个产业链纵向贯穿基建、产业化制造业、营运服务业,涉及机械、电气、电子、信息技术、材料等多个领域;中国新能源汽车市场规模在2023年市已达到11.5千亿元人民币,已形成从上游原材料到下游整车制造完整的新能源汽车产业链,并在每一环节都占据主导地位。运载装备产业的长足发展与进步既对于经济转型升级的起到了重要的推动作用,同时也对于运载装备的乘坐舒适性和人因功效性能提出了更高的要求。

中国现行关于运载装备声振人因工程相关的标准法规大多基于国外标准法规制定。国内对轨道车辆乘坐舒适性的评价主要参考Sperling指标、UIC 513标准和ISO 2631标准,而用于乘用车舒适性的评价标准GB/T 4970《汽车平顺性实验方法》则主要基于国际标准ISO 2631-1《机械振动与冲击:人体暴露于整体振动的评价第一部分》制定。我国在运载装备的声振人因工程领域相关标准的制定与开发仍处于借鉴国外标准阶段,与我国运载装备产业蓬勃发展与技术自主化不断提高的进程并不匹配。

二、我国运载装备声振人因工程发展存在的主要制约

一是国内现行评估标准照搬国外标准,其研究结论基于西方人群开展的实验得到。国外欧美等发达国家对于声振人因工程的研究起步较早,在制定现行国际标准时拥有极大话语权,标准中的关键指标和评估方法也都基于受试者为西方人群的实验研究结果得到,适应于欧美人体的生理心理特征,例如:国际标准ISO 2631-1《机械振动与冲击:人体暴露于整体振动的评价第一部分》中提供的振动舒适性评估方法及评价指标皆主要基于上世纪八十年代英国学者开展的相关研究结果制定,现仍在振动舒适性评估领域得到广泛运用。一味照搬实施国外标准未必适应于我国人群的生理心理特征,面向中国人群的舒适性和人因功效性相关标准有待制定和实施。

二是缺少对于高新运载装备相关的声振人因工程研究。我国在高新运载装备的研发中取得了显著成就,但与之相关的声振人因工程研究仍较为缺乏,这也将限制高新运载装备产业的进一步升级。例如:高速列车研发过程中需要考虑复杂环境适应性、大系统复杂耦合作用、安全可靠设计、智能化应用等关键技术挑战,都需要声振人因工程的相关成果作为支撑;大型客机在人机协同、舱室声场控制及舱室振动舒适性评估等方面都缺少相应的声振人因研究结果作为理论支撑和指导工具。

三是目前国内运载装备声振人因工程的相关研究多由医学、工程学和心理学等领域的研究者独自开展,缺少学科交叉与系统性的归纳整理。声振人因工程研究涉及多学科内容,在近年来已逐渐受到医学、工程学和心理学等许多不同领域的研究者关注,并开展了相应研究。各学科研究者使用不同学科的研究方法取得了一些具有价值的研究成果,能够用于改善和优化高端运载装备的声振人因舒适性。然而,目前各学科研究间的互相交流、交叉创新还有待进一步加强,对于各学科研究成果的系统性整理归纳仍有待完善。

三、加快运载装备声振人因工程发展的对策建议

一是大量开展基于中国人群的运载装备声振人因实验,并建立实验数据库。根据中国人群的生理和心理特点,针对不同的运载装备特点,设计实验方案并招募符合特征需求的受试者开展系统的人因实验研究。在进行实验时,可借鉴航空领域的相关经验:根据《民用航空标准化管理规定》,民航局负责统筹组织管理民航标准化工作,包括制定民航标准化年度工作计划和中长期规划;类似地,针对不同的运载装备制定相应的标准化流程和规划,确保实验的一致性和可重复性。在获取大量标准化数据的基础上,可以借鉴中国航空工业在建立导航数据库方面的成功经验,建立一个涵盖实验数据、人体测量数据、环境参数等的综合数据库,用于存储和分析实验结果,作为之后各项人因功效相关标准制定和运载装备产业优化升级的数据基础和理论支撑。同时,也应建立严格的数据质量控制流程,确保数据的准确性和可靠性。

二是推动多学科交叉,建立系统的声振人因工程学架构。将声振人因工程纳入国家质量强国战略,推广到绿色制造技术、新一代信息网络技术、智慧城市和数字社会技术等国家创新驱动发展战略及相关产业技术体系中。推动建立跨行业的声振人因工程国家实验室,拓展人因工程共性科学与技术问题的研究,推动集中资源,促进不同行业间的知识和技术交流。针对交叉学科的特点,建立一个跨行业(院校和企业)、多层次(政府和企业)、基于交叉学科(行为科学和工程技术)的多层次人因学科科研体系。同时,高端运载装备相关的国家部门可为政府科研机构、高校、企业等研发部门提供人因学科的科研基金。鉴于声振人因设计对运载装备质量、安全性和竞争力的重要作用,建议制定运载装备全生命周期的声振人因设计法规和标准,建立声振人因设计的基础理论及方法体系,其中包括:研制具有自主知识产权的声振人因设计软件,并将声振人因工程的思想和方法论贯穿运载装备设计研制的全过程;针对当前运载装备声振人因工程评价中的问题,逐步建立覆盖高端运载装备的声振人因测评平台与技术;形成较完善的测评标准体系,并成立一批具有资质的专业测评机构。

三是加强运载装备声振人因工程的高层次人才队伍建设。鼓励高校开设声振人因工程相关的本科和研究生课程,增大相关专业硕士博士的培养规模,致力于培养一批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和创新团队。支持声振人因工程重点实验室建设,拓展运载装备声振人因工程中共性科学与技术问题的研究。推动建立跨行业的人因工程国家实验室,集中资源进行深入研究,深入实施交通运输科技创新人才推进计划,培养和选拔具有国际竞争力的科技人才。同时应建立健全以创新能力、质量、贡献为导向的科技人才分类评价体系及多样化分配机制,优化人才发展环境。完善促进科技成果转化政策,依法健全职务科技成果产权制度,探索赋予科研人员职务科技成果所有权和长期使用权。积极筹办运载装备声振人因工程相关的专家创新大讲堂,邀请相关领域院士、专家学者、青年人才和产业界、企业界等各方面杰出人才,通过专题报告、主题研讨、产业对接、现场考察等多种形式,开展高端学术和技术交流。创新人才培养机制,推动科学研究人才、高端智库人才、技能型人才协同发展。改革外部评价导向,加强制度引导,优化完善现有学科评估机制,在学科评估之外,制定适切交叉学科及交叉学科研究组织的评估方案。

四是深化开放合作与国际交流,积极参与国际标准的制定。可以借鉴中国人因工程高峰论坛的经验,建立更多非营利性的综合性学术交流平台,促进国内外专家学者的交流合作,例如通过举办国际会议等方式,邀请国内外专家学者共同探讨行业的前言问题,培育新质生产力,助力经济社会发展。积极参与或主导国际人因功效标准的制定,优先布局国际标准的空缺,例如智能座舱标准,提升我国在运载装备舒适度和人因功效领域的话语权,同时基于国际标准协调的考虑,加强先进国际标准转化和同步制定。

来源:“科创中国”轨道及建筑振震双控技术科技服务团