2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——系統(tǒng)科學(xué)與工程中的人機(jī)協(xié)同技術(shù)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題后括號內(nèi)）1.人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)與傳統(tǒng)人機(jī)系統(tǒng)的根本區(qū)別在于（）。A.機(jī)器自動化程度更高B.人類在系統(tǒng)中扮演輔助角色C.強(qiáng)調(diào)人機(jī)之間的動態(tài)信息交互與相互適應(yīng)D.系統(tǒng)復(fù)雜性顯著增加2.在人機(jī)協(xié)同中，實現(xiàn)“共享控制”的關(guān)鍵在于（）。A.人類完全接管控制權(quán)B.機(jī)器完全自主控制C.人與機(jī)器根據(jù)情境和各自優(yōu)勢動態(tài)分配控制任務(wù)D.減少人類干預(yù)次數(shù)3.以下哪項技術(shù)是人機(jī)接口（HMI）領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，旨在提供更直觀、自然的交互體驗？（）A.傳統(tǒng)命令行界面B.虛擬現(xiàn)實（VR）C.鍵盤和鼠標(biāo)D.以上都不是4.在復(fù)雜人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)中，系統(tǒng)辨識的主要目的是（）。A.設(shè)計更美觀的人機(jī)界面B.確定系統(tǒng)參數(shù)及其隨時間的變化規(guī)律，以便建立更精確的模型C.提高機(jī)器的計算速度D.減少系統(tǒng)中的不確定性5.“人因工程”在人機(jī)協(xié)同技術(shù)研究中的作用主要體現(xiàn)在（）。A.設(shè)計更強(qiáng)大的機(jī)器硬件B.優(yōu)化人類操作者的生理和心理負(fù)荷，提升協(xié)同效率和安全性C.增加系統(tǒng)的自動化水平D.研發(fā)更智能的代理（Agent）6.以下哪個領(lǐng)域是人機(jī)協(xié)同技術(shù)應(yīng)用的一個典型代表？（）A.純粹的理論研究B.獨(dú)立運(yùn)行的單人操作系統(tǒng)C.復(fù)雜的空中交通管制系統(tǒng)D.自動售貨機(jī)7.人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)面臨的一個核心挑戰(zhàn)是（）。A.機(jī)器硬件成本過高B.如何建立有效的人機(jī)信任機(jī)制C.人類操作員技能不足D.系統(tǒng)難以擴(kuò)展8.腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)在人機(jī)協(xié)同中的潛在價值在于（）。A.完全取代傳統(tǒng)的人機(jī)接口B.實現(xiàn)人類意圖的直接、快速控制或通信，尤其在傳統(tǒng)接口受限的場景C.提高機(jī)器的能耗D.使機(jī)器能夠體驗人類的情感9.多模態(tài)信息融合在人機(jī)協(xié)同中的主要目的是（）。A.將多種傳感器數(shù)據(jù)簡單疊加B.整合來自視覺、聽覺、觸覺等多種感官的信息，提供更全面、準(zhǔn)確的情境感知C.減少數(shù)據(jù)傳輸量D.提高機(jī)器的存儲能力10.從系統(tǒng)科學(xué)與工程角度看，人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)可以被視為一個（）。A.靜態(tài)的、孤立的子系統(tǒng)B.動態(tài)的、開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，存在多層次的非線性交互C.簡單的、線性的系統(tǒng)D.以機(jī)器為中心的系統(tǒng)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題后橫線上）1.人機(jī)協(xié)同強(qiáng)調(diào)在任務(wù)執(zhí)行過程中，人與機(jī)器能夠像______一樣緊密配合，相互______、相互______。2.______是人機(jī)交互（HCI）的核心原則之一，指界面應(yīng)直觀易懂，易于學(xué)習(xí)和使用。3.在人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)中，______扮演著感知環(huán)境、做出決策、執(zhí)行指令以及與人類和其他系統(tǒng)進(jìn)行交互的角色。4.系統(tǒng)動力學(xué)方法可以用于分析人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)中的______反饋機(jī)制及其對系統(tǒng)整體行為的影響。5.人機(jī)共融（CognitiveWirelessSensorNetworks）旨在讓傳感器節(jié)點能夠______地融入人類活動環(huán)境，實現(xiàn)無感知的協(xié)同感知。6.當(dāng)前人機(jī)協(xié)同技術(shù)研究面臨的重要倫理挑戰(zhàn)之一是如何確保人機(jī)之間的______和公平性。7.______是指通過軟件與硬件的結(jié)合，為操作者提供信息顯示和操作控制的接口。8.基于自然語言處理的人機(jī)交互技術(shù)，旨在實現(xiàn)______的人機(jī)對話和理解。9.在空中交通管理中，人機(jī)協(xié)同技術(shù)有助于提高_(dá)_____和運(yùn)行效率。10.將系統(tǒng)思維應(yīng)用于人機(jī)協(xié)同研究，要求我們關(guān)注系統(tǒng)的______、______和______特性。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)在控制和決策機(jī)制上的主要區(qū)別。2.比較并說明增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）技術(shù)在人機(jī)協(xié)同與虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在人機(jī)協(xié)同應(yīng)用中的不同特點和優(yōu)勢。3.描述人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)中可能存在的“認(rèn)知負(fù)荷”問題，并簡述其主要來源。4.簡述在設(shè)計人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)時，需要考慮的至少三個關(guān)鍵的設(shè)計原則。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述人機(jī)協(xié)同關(guān)系中的“信任”問題，分析其形成機(jī)制以及在協(xié)同過程中的重要作用，并提出至少兩種建立和維持人機(jī)信任的途徑。2.以您熟悉的一個具體領(lǐng)域（如智能制造、自動駕駛、醫(yī)療診斷等）為例，論述人機(jī)協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的主要挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展趨勢。3.結(jié)合系統(tǒng)科學(xué)與工程的理論（如系統(tǒng)建模、系統(tǒng)優(yōu)化、反饋控制等），論述如何對一個復(fù)雜的人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)進(jìn)行分析和評估，以期為系統(tǒng)改進(jìn)提供依據(jù)。五、案例分析題（10分）（假設(shè)背景：在一個高度復(fù)雜的深海資源勘探作業(yè)中，人類操作員坐在船上通過遠(yuǎn)程控制中心操作水下機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)。）請分析該場景下人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的主要構(gòu)成要素、交互模式以及可能存在的風(fēng)險點。如果要求提升該人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的效率和安全性，可以引入哪些關(guān)鍵的人機(jī)協(xié)同技術(shù)或策略？試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.B5.B6.C7.B8.B9.B10.B二、填空題1.團(tuán)隊，補(bǔ)充，適應(yīng)2.易用性（或Intuitiveness）3.代理（Agent）/智能體（Agent）4.物理或信息5.無感知（或Passive）6.透明（或Transparency）7.人機(jī)接口（HMI）8.自然（或Natural）9.情景意識（或SituationalAwareness）10.整體性，關(guān)聯(lián)性，動態(tài)性三、簡答題1.解析思路：區(qū)分自動化系統(tǒng)的控制權(quán)歸屬和決策機(jī)制。自動化系統(tǒng)通常由預(yù)設(shè)程序或算法主導(dǎo)決策和控制，人類主要是監(jiān)督者或設(shè)定者。人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)人在控制權(quán)和決策中的核心或動態(tài)主導(dǎo)地位，機(jī)器作為輔助，其決策和行動往往需要人類的確認(rèn)、干預(yù)或基于人類意圖的推斷，系統(tǒng)內(nèi)部存在動態(tài)的權(quán)責(zé)分配和交互反饋。2.解析思路：對比AR和VR在人機(jī)協(xié)同中的側(cè)重和應(yīng)用特點。AR將虛擬信息疊加到現(xiàn)實世界中，優(yōu)勢在于保持對現(xiàn)實環(huán)境的感知，適用于需要實時交互和情境參考的場景（如維修指導(dǎo)、遠(yuǎn)程協(xié)作）。VR構(gòu)建完全虛擬的環(huán)境，優(yōu)勢在于提供沉浸式體驗和高度可控的模擬，適用于訓(xùn)練、設(shè)計評估和隔離危險環(huán)境的場景。核心在于理解兩者對現(xiàn)實世界感知程度的不同以及由此帶來的應(yīng)用差異。3.解析思路：解釋認(rèn)知負(fù)荷的概念及其來源。認(rèn)知負(fù)荷指人類完成一項任務(wù)時，大腦需要付出的心理努力程度。在人機(jī)協(xié)同中，主要來源包括：①高度復(fù)雜的任務(wù)本身要求；②不清晰或過載的信息呈現(xiàn)（HMI設(shè)計問題）；③人機(jī)交互界面的不匹配或困難；④需要頻繁進(jìn)行注意力和決策切換；⑤系統(tǒng)響應(yīng)延遲或行為不可預(yù)測導(dǎo)致的精神緊張。4.解析思路：列舉并解釋人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵原則。至少包括：①透明性原則：系統(tǒng)應(yīng)向人提供必要的信息，使其了解系統(tǒng)狀態(tài)、意圖和可能的行動后果；②協(xié)調(diào)性原則：系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)促進(jìn)人機(jī)間的有效溝通與協(xié)作，避免沖突；③適應(yīng)性原則：系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)不同用戶、不同任務(wù)情境的變化；④安全性原則：系統(tǒng)設(shè)計必須將安全放在首位，有可靠的保護(hù)機(jī)制；⑤易用性原則：交互界面應(yīng)直觀、高效、低認(rèn)知負(fù)荷。四、論述題1.解析思路：闡述人機(jī)信任的定義、重要性及形成機(jī)制。信任是人對機(jī)器在特定情境下能夠可靠、符合預(yù)期地行動的信念。其重要性在于降低認(rèn)知負(fù)荷、減少干預(yù)、提升系統(tǒng)整體性能和安全性。形成機(jī)制涉及機(jī)器的可靠性、一致性、可預(yù)測性、透明度、學(xué)習(xí)用戶偏好能力以及人機(jī)交互過程中的經(jīng)驗積累和溝通反饋。提出建立和維持信任的途徑時，可從增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性（如故障診斷、容錯設(shè)計）、提高系統(tǒng)透明度（如解釋AI決策）、實現(xiàn)個性化適應(yīng)性（學(xué)習(xí)用戶習(xí)慣）、建立有效的溝通與反饋機(jī)制、設(shè)定清晰的預(yù)期等方面入手。2.解析思路：選擇一個具體領(lǐng)域，結(jié)合實例分析人機(jī)協(xié)同的應(yīng)用、挑戰(zhàn)和趨勢。例如，在智能制造中，應(yīng)用體現(xiàn)在機(jī)器人與工人的協(xié)同作業(yè)、AGV的自主導(dǎo)航與調(diào)度等；挑戰(zhàn)可能包括如何實現(xiàn)柔性協(xié)同、保障人機(jī)安全距離、處理異常情況、提升工人接受度等；趨勢可能涉及更智能的機(jī)器人（具備更強(qiáng)的感知和決策能力）、更自然的人機(jī)交互方式（如語音、手勢）、更深入的人因工程考慮、人機(jī)一體化系統(tǒng)的整體優(yōu)化等。論述需具體、有深度，體現(xiàn)對領(lǐng)域和人機(jī)協(xié)同的理解。3.解析思路：結(jié)合系統(tǒng)科學(xué)與工程理論分析復(fù)雜人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)。首先，將系統(tǒng)視為一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，包含人、機(jī)器、環(huán)境、任務(wù)等多個子系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)間的相互作用和反饋。運(yùn)用系統(tǒng)建模方法（如Agent模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型）來刻畫各要素的行為和關(guān)系。利用系統(tǒng)思維分析系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、動態(tài)性和層次性。運(yùn)用反饋控制理論分析人機(jī)間的控制交互和系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)制。通過系統(tǒng)優(yōu)化理論評估系統(tǒng)性能（如效率、安全性、舒適度），識別瓶頸和短板。最終目標(biāo)是基于系統(tǒng)分析結(jié)果，提出改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計、運(yùn)行或管理的策略，提升人機(jī)協(xié)同的整體效能。五、案例分析題解析思路：①系統(tǒng)構(gòu)成要素與交互模式：構(gòu)成要素包括：人類操作員（擁有經(jīng)驗、決策能力）、遠(yuǎn)程控制中心（HMI、監(jiān)控設(shè)備）、水下機(jī)器人（執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器）、通信鏈路、深海環(huán)境。交互模式主要是操作員通過HMI向機(jī)器人發(fā)送指令，監(jiān)控機(jī)器人狀態(tài)和任務(wù)進(jìn)展，機(jī)器人將感知到的環(huán)境信息通過通信鏈路回傳給操作員，操作員根據(jù)信息進(jìn)行決策并調(diào)整指令，形成閉環(huán)的人機(jī)協(xié)同。可能還涉及多操作員協(xié)作或人-機(jī)-環(huán)境三者間的復(fù)雜互動。②風(fēng)險點：主要風(fēng)險點包括：通信延遲和中斷導(dǎo)致的信息不同步；水下環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性對機(jī)器人感知和決策的干擾；操作員在高負(fù)荷、長時間作業(yè)下的疲勞和認(rèn)知失誤；人機(jī)交互界面信息過載或關(guān)鍵信息缺失；機(jī)器人故障或行為異常導(dǎo)致的安全事故；協(xié)同