人因工程学 第10章 脑力工作负荷

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1、第十章 脑力工作负荷,2020/7/1,2,主要内容,脑力负荷的定义及影响因素 脑力负荷评价方法 脑力负荷预测方法 应激 脑力疲劳及其消除 案例：肥胖青少年脑力作业后注意能力变化特点,2020/7/1,3,第一节 脑力负荷定义及其影响因素,脑力负荷研究背景 现代人机系统 体力劳动 脑力劳动： 操作型作业 知识型作业 劳动力结构：脑力劳动者在从业人口中所占的比例越来越大 研究人在系统中的表现及脑力负荷对人机系统效率的影响具有重要意义。美国空军要求飞机的设计要符合脑力负荷标准。脑力负荷成为系统设计必须考虑的一个重要课题。 问 题 什么是脑力负荷？ 如何测量脑力负荷？,2020/7/1,4,一、脑力

2、负荷定义（Mental Workload） 脑力负荷；心理负荷；精神负荷；脑力负担。 （1）最初定义 形容人在单位时间人所承受的脑力活动工作量，形容人在工作中的心理压力，或信息处理能力。 （2）北大西洋公约组织国家相关学者的定义： 1）1976年，北大西洋公约组织国家的一些科学家在美国麻省理工学院谢尔顿教授的主持下召开了“监视行为和控制” 的专题会议，提出了在新的系统中测量人的脑力负荷的重要性。,第一节 脑力负荷定义及其影响因素,2020/7/1,5,第一节 脑力负荷定义及其影响因素,2）1977年，北约组织的一些著名学者又召开了“脑力负荷的理论和测量”专题会议，系统讨论了脑力负荷的定义、理论

3、及测量方法。 与会者从不同的角度定义脑力负荷，没有得出统一的可被大家接受的定义。最后结论为： 脑力负荷是一个多维概念，它涉及到工作要求，时间压力，操作者的能力和努力程度，行为表现和其他许多因素。,2020/7/1,6,第一节 脑力负荷定义及其影响因素,（2）学者不同角度的定义 1)脑力负荷是人在工作时的信息处理速度，即决策速度和决策的困 难程度。（工作要求） 2)脑力负荷是人在工作时所占用的脑力资源的程度，即脑力负荷 与人在工作时所剩余的能力是负相关的。 （资源占用） 3)脑力负荷是人在工作中感受到的工作压力的大小，即脑力负荷 与工作时感到的压力是相关的。（感受压力） 4)脑力负荷是人在工作中

4、的繁忙程度，即操作人员在执行脑力工 作时实际有多忙。 （行为表现）,2020/7/1,7,第一节 脑力负荷定义及其影响因素,（3）脑力负荷定义归纳（教材中的定义） 脑力负荷：反映工作时人的信息处理系统被使用程度的指标。 脑力负荷+人的闲置未用的信息处理能力=人的信息处理能力 人的闲置未用的信息处理系统与下列因素有关： 人的信息处理能力 （人的能力水平） 工作任务对人的要求（工作要求） 人工作时的努力程度（努力程度） 因而脑力负荷也与这些因素有关。,2020/7/1,8,第一节 脑力负荷定义及其影响因素,二、脑力负荷的影响因素 （1）工作内容。工作内容对脑力负荷有直接影响。在其他条件不变的情况下

5、，工作内容越多（需时间长），越复杂（完成困难），操作人员所承受的脑力负荷越高。 工作内容 ：时间压力、工作任务的困难程度、工作强度等。 （2）人的能力。在脑力劳动中，个体之间的脑力劳动能力存在差异，干同样的工作，能力越大的人脑力负荷越低，能力越小的人脑力负荷 越高。 （3）人的努力、认真程度。对脑力负荷影响表现为两个方面，不确定。,2020/7/1,9,第一节 脑力负荷定义及其影响因素,人的业绩与脑力负荷的关系。脑力负荷的适当与否对系统的绩效、操作者的满意感以及安全和健康均有很大的影响。下图为工作绩效与 脑力负荷强度的关系模型。（TR客观要求，TA操作者实际达到）,低 脑力负荷 高,（TR操作

6、在客观要求的时间 TA-操作者实际提供的时间） 反映操作要求强度,2020/7/1,10,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,脑力负荷评价研究文献来源, 中国学术期刊全文数据库 中国优秀硕博士论文全文数据库 Elsevier Science期刊 Springer Link全文数据库 Wiley Interscience期刊数据库 ARL全文期刊与报纸数据库 美国计算机协会ACM数据库 检索关键词 “脑力负荷”，“Mental Workload”；脑力劳动，“Mental Work”,2020/7/1,11,近20年脑力负荷评价研究文献数量,脑力负荷研究文献趋势图,2020/7/1,12,国内外

7、主要期刊和相关学者, 国内刊物：人类工效学系统工程学报工业工程与管理工业工程心理学报研究与发展管理中国航空航天医学杂志航天医学与医学工程航空军医中华劳动卫生职业病杂志中国心理卫生杂志中国临床心理学杂志，以及各大学学报。 国内学者：廖建桥（华中科技大学管理学院）、董明清 （第四军医大学航空心理学）、袁修干和柳忠起（北京航空航天大学） 、朱祖祥和张智君（杭州大学心理系）、刘宝善（空军航空医学研究所）、王东光（中国民航飞行学院航行系）、苗丹民 （第四军医大学空军医学系）、文治洪（第四军医大学航空航天医学系）、韩东旭（航空医学工程研究所）、肖元梅（四川大学华西公共卫生学院）等,2020/7/1,13,

8、脑力负荷评价研究相关期刊, 国外刊物：Applied Ergonomics 、International Journal of Industrial Ergonomics、Theoretical Issues in Ergonomics Science 、Human Factors 、International Journal of Human-Computer Studies 、Aviation, Space and Environmental Medicine、International Journal of Psychophysiology、International Journal o

9、f Neuroscience、 IEEE transactions on systems, man and cybernetics 等 国外学者：Moray N，T.B.Sheridan，Reid GB，Juergen Sauer，ODonnell RD，Young MS and Stanton NA，Guillermo M (墨西哥大学)， Hwa S. Jung，B.S. Moon，Shinji Miyake，Kilseop Ryu 等,2020/7/1,14,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,-主观评价法； -主任务测量法； -辅助任务测量法； -生理测量法。,（一）主观评价法 是最流

10、行也是最简单的脑力负荷评价方法。该方法要求系统操作 者陈述特定操作过程中的脑力负荷体验，或根据脑力负荷体验对操作活动进行难度顺序的排列。,2020/7/1,15,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,（二）主观评价法及其特点 （1）主观评价是脑力负荷评价中唯一的直接评价方法。 （2）主观评价一般在事后进行，不会对主操作产生干扰 。 （3）主观评价一般使用统一的评定维度，不同情境的负 荷评价结 果可相互比较。 （4）使用简单、省时。 数据收集与分析容易。,2020/7/1,16,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,（三）主观评价法分类 常见方法： 古柏一哈柏 (Cooper-Harper)评价法

11、主观负荷评价法（SWAT量表） NASATLX量表等。,2020/7/1,17,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,古柏一哈柏 (Cooper-Harper)评价法，1969年提出 （1）古柏一哈柏提出主要目的：用于评价飞机驾驶难易程度的一种方法，用于飞机操纵特性的评定。 （2）建立依据：基于飞行员工作负荷与操纵质量直接相关的假设。 （3）具体方法：把飞机驾驶的难易程度分为10个等级，飞机驾驶员在驾驶飞机之后，根据自己的感觉，对照各种困难程度的定义，给出自己对这种飞机的评价。 表10-1为Cooper-Harper方法的分级方法。,2020/7/1,18,表10-1 Cooper-Harper

12、法的分级方法,2020/7/1,19,在60年代后期，美国空军用CooperHarper方法评价新式飞机操作的难易程度取得了很大的成功。 由于飞机操作的难易程度与脑力负荷是极为相关的，后来，人们对CooperHarper方法进行了改进，把评价表中的飞机驾驶困难程度改为工作的困难程度，使之适合评价一般任务的脑力负荷。 (1)单一变量评价方法,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,2020/7/1,20,（2）主观负荷评价法（ Subjective Workload Assessment Technique） SWAT法 SWAT法是美国空军开发的，由Reid等人建立。 1）主要考虑因素 Reid等

13、人对脑力负荷的影响因素进行了系统的调查，经过必要的归纳和整理，认为脑力负荷可以看作是时间负荷、压力负荷和努力程度等3个要素的结合。每个因素又被分为1、2、3三级，SWAT描述的变量及水平如表10-2所示。,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,2020/7/1,21,表10-2 SWAT描述的变量及水平,2020/7/1,22,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,2）使用方法 三个因素及每个因素的三个状态，共形成333=27个脑力负荷水平。这27个脑力负荷水平被定义为在0100之间。 在三个因素都为1时，其脑力负荷对应的水平为0，当三个因素都为3时，脑力负荷水平为100。 其他情况下的脑力负荷的

14、确定方法为：用27张卡片分别代表27种情况，操作人员首先对这27张卡片根据自己的主观观点进行排序，然后研究人员根据数学中的合成分析方法把这27种情况分别与0100之间的某一点对应起来，如(1，1，1)对应于 0；(1，2，1)对应于15.2等。 操作人员完成某一任务后给出这项任务的时间负荷、努力程度、压力负荷的程度，根据这三个指标就可以确定脑力负荷的状态，然后根据前面确定的对应表查出脑力负荷的对应值。,2020/7/1,23,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,3）SWAT的优缺点 优点 运用了数学分析方法对操作人员给出的27种情况的排序数据进行了数学处理，这样使得到的数据比简单的把27个点平

15、均地确定在0100之间更可靠些。 缺点 对27种情况进行排序，不仅需要相当的时间，而且排序的准确性也很难保证。因此应用起来较难。,2020/7/1,24,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,（3）NASA-TLX量表 美国航空和宇宙航行局下属 AMES研究中心的Hart等人建立起来的。 1）主要观点：认为脑力负荷是一个多维的概念。 Hart等对飞行员进行调查，拟从中找出脑力负荷的影响因素。经过大量调查研究之后，确定了六个影响脑力负荷的因素。分别为： a.脑力需求 b.体力需求 c.时间要求 d.努力程度 e.操作成绩 f.挫折水平,2020/7/1,25,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,N

16、ASA-TLX量表： 脑力需求：这项工作是简单还是复杂，容易还是要求很高？完成工作需要多少脑力或知觉方面的活动（如：思考、决策、计算、记忆、寻找等）？ 体力需求：需要多少体力类型的活动（推、拉、转身、控制活动等）？这项工作是容易还是要求很高，是快还是慢？悠闲还是费力？ 时间需求：工作速度使你感到多大的时间压力？工作任务中的速度是快还是慢，悠闲还是紧张？,2020/7/1,26,第二节 脑力负荷的测量(评价)方法,努力程度：在完成这项任务时，你在脑力和体力方面做出了多大的努力？ 业绩水平：你认为你完成这项任务是多么成功？你对自己业绩的满意度如何？ 受挫程度：在工作时，你感到是没有保障还是有保障，很泄气还是劲头十足，恼火还是满意，有压力还是放松？ 每个影响因素在脑力负