人因工程课件-第10章 脑力工作负荷

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1、第十章 脑力工作负荷,第一节 脑力负荷定义及影响因素,一、脑力负荷定义,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。下面是几种具有代表性的定义。,(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。 (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。 (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。 (4)脑力负荷是人在工作中的繁忙程度，即操作人员在执行脑力工作时实际有多忙。,第一节 脑力负荷定义及影响因素,一、脑力负荷定义,本书中，将

2、脑力负荷定义为反映工作时人的信息处理系统被使用程度的指标。,二、脑力负荷的影响因素,（1）工作内容(工作时间、强度、难度、环境等 ）。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，工作内容越多，越复杂，操作人员所承受的脑力负荷就越高。,第一节 脑力负荷定义及影响因素,二、脑力负荷的影响因素,（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，干同样的王作，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）人的业绩（绩效）。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。许多研究发现，工作绩效与脑力负荷强度存在明显的依赖关系，图10-2为工

3、作绩效与脑力负荷强度的关系模型。,脑力负荷与绩效关系,倒U形模式 三阶段模式,低 脑力负荷 高,低 需求 高,高 低,第二节 脑力负荷的测量方法,按特点和使用范围可分为四类： 主观评价法 主任务测量法 辅助任务测量法 生理测量法,（一）主观评价法及其特点 是最流行也是最简单的评价方法 要求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。 特点： （1）直接评价方法，具有较高的直显效度，易被评价者接受。 （2）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。,一、主

4、观评价法,第二节 脑力负荷的测量方法,（二）主观评价法分类 1、古柏一哈柏 (Cooper-Harper)评价法：飞机驾驶难易程度（10级） 此方法是基于一个假设：工作负荷与操纵质量直接相关 2、主观负荷评价法（SWAT量表） 3个维度，每个维度3种水平， 共有27种负荷水平，根据 主观感受利用数学分析方 法将27种状况分别与 0100之间的某点对应 3、NASATLX量表,3、NASATLX量表 在Cooper-Harper方法基础上更进 一步，不仅判断负荷为多少，而且能 找到影响因素。 使用方法： 1）对各因素进行重要度确定，采用两两比较方法，设定权值，和为1。 2)针对具体工作，对各项打

5、分（0100；感觉越高，分值越高，操作业绩除外），最后加权平均。,（三）主观评价法的缺陷 （1）评价结果有偏差。（感觉偏差） （2）评价结果容易混淆。（反映的是脑力负荷和生理负荷共同作用的结果） （3）方法应用存在局限性。（受短时记忆消退影响严重） （4）方法敏感性存在特异性。 （评价感觉中枢加工的工作更敏感；运动反应输出工作不敏感；另外有可能出现倒U形现象）,第二节 脑力负荷的测量方法,二、主任务测量方法,人员在工作时的业绩指标来判断这项工作给操作人员带来的脑力负荷。 主任务测量法可以分为两大类： 单指标测量法 多指标测量法,（一）单指标测量法 单指标测量法就是用一个业绩指标来推断脑力负荷。

6、 在使用单指标测量法时，指标选择的好坏对脑力负荷的测量成功与否有着决定性的作用。 常用的主任务测量法主要是对速度和准确度的测量。即用错误或时间延迟作为业绩指标。,第二节 脑力负荷的测量方法,（二）多指标测量法 用多个业绩指标来测量脑力负荷是希望通过多个指标的比较和结合减小测量的误差，另外可以通过多个指标来找出脑力负荷产生的原因，这样也可提高测量的精度。,主任务测量法存在两个问题： 1、操作性质不同，绩效参数不能广泛适用，操作之间无法比较。 2、有可能出现主任务绩效对工作负荷的变化不敏感。 根据资源理论，当操作要求资源小于操作能力时，虽然工作负荷的增加会引起剩余资源的减少，但主任务绩效由于得到充

7、足资源的供应而并不出现下降。,第二节 脑力负荷的测量方法,三、辅助任务测量法 （脑力负荷不大时，主任务绩效不敏感）,(一)辅助任务测量法的原理 操作人员被要求同时做两件工作。把主要精力放在主任务上。当他有多余的能力时，尽量做辅助任务。主任务的脑力负荷是通过辅助任务的表现来进行的。主任务脑力负荷越大，剩余资源越少，操作者从事辅助任务的能力就越弱。 测量步骤： 1、测量单独做辅助任务时的业绩指标 2、做主任务的同时，在不影响主任务的情况下尽量做辅助任务。,第二节 脑力负荷的测量方法,三、辅助任务测量法,(二) 辅助任务的种类 要求： 1、可以细分（被试者的任何付出都有所显示） 2、与主任务使用相同

8、的资源 3、对主任务没有干扰或干扰很小。 常用的辅助任务： （1）选择反应。 (2)追踪。 (3)监视。 (4)记忆。 (5)脑力计算。 (6)复述。 (7)简单反应。,第二节 脑力负荷的测量方法,四、生理测量法,（一）心率变异 正常情况下，人的心率是不规则的。研究发现，当人承受脑力负荷时（采用每分钟40个信号和70个信号两种情况），两种情况的心率平均值没有很大的提高，但心率变异明显下降，而且随着负荷强度（所处理的信号数）增加，心率变异越来越小，曲线趋于平直。,第二节 脑力负荷的测量方法,四、生理测量法,（二）大脑诱发电位 大脑诱发电位的变化对脑力活动的某些成分(知觉/认知负荷)较为敏感。其中

9、，P300（是指刺激呈现后约300ms时出现的一个正向电位波动）尤为敏感。,生理测量法的局限：1.生理测量法假定脑力负荷的变化会引起某些生理指标的变化，但是其他许多与脑力负荷无关的因素也可能引起这些变化；2.不同的工作占用不同的脑力资源，因而会产不同的生理反应。一项生理指标对某一类工作适用，对另一类工作则不适用。,第三节 脑力负荷预测方法（系统设计初级阶段使用）,对脑力负荷的预测方法主要采取分析方法，目前的方法有时间压力模型、波音公司的方法、时间占有率模型以及Aldrich的脑力负荷预测方法。这里主要介绍3种方法。,一、Siegel和Wolf的时间压力模型,Siegel和Wolf开发了一个以人

10、为中心的人机计算机模拟系统。在这个模拟系统中，人的负荷情况是影响人一机系统效益的最主要的因素。该方法将影响脑力负荷的各种因素的作用以“压力”这个变量来表示。,第三节 脑力负荷预测方法,一、Siegel和Wolf的时间压力模型,压力的影响因素： （1）操作人员的工作速度。 (2)一起完成某项工作的合作者工作不正常时，会使自己产生压力； (3)首次执行某项工作失败后，不得不重复一次或几次，在重复做这项工作时，操作人员也会产生压力； (4)操作人员不得不等着机器做出反应。,第三节 脑力负荷预测方法,一、Siegel和Wolf的时间压力模型,压力模型的建立过程： 1、工作任务分解成次级任务 2、给出各

11、个次级任务之间的相互顺序及影响关系 3、确定各个次级任务的重要性 4、确定执行各项任务所需要的时间(随机分布的时间) 5、确定完成每项次任务成功的概率 6、若第一次完不成这个次级任务后可采取的措施(重做或忽略)等 通过工作分析，把这些情况都搞清楚，然后输入到计算机中。把各个次级任务根据工作顺序和概率连接起来，给出不同的随机数值，就可以模拟人的行为，计算机并可以自动地把一些有用的信息记录下来。,第三节 脑力负荷预测方法,一、Siegel和Wolf的时间压力模型,基本假定：是人对还剩有多少时间可以用来完成任务的判断。这个判断的结果就是时间压力。时间压力影响到操作人员的操作速度。,时间压力定义：完成

12、任务所需要的时间与给定的完成任务时间之 通过试验发现，这样定义的时间压力，对正常人时间压力的临界值在23左右，即当完成任务所需要的时间超出给定时间一半以上以后，操作员的行为才受到破坏性干扰。,时间压力模型用于模拟飞机驾驶员在航空母舰上的着陆问题。 该模型也用来模拟其他类型的工作，如发射导弹、空中加油、空中拦截等。,第三节 脑力负荷预测方法,二、波音公司的方法：采用工作任务的时间分析来评价脑力负荷,从波音737开始，飞机上开始用电子计算机显示和控制系统，评价飞行系统给人带来的脑力负荷就成为一个非常现实的问题。波音公司最后主要采用工作任务的时间分析来评价脑力负荷，这种方法与传统的时间和动作研究有些

13、相似。,波音公司的研究人员Hickey首先提出了用时间研究的方法分析人的业绩的可能性问题。 接着，Stern等人把这种方法扩展到用操作人员的能力和剩余的能力来估算人的负荷比例。他们在做脑力负荷的估计时，也考虑到同时执行两项以上的任务和体力方面的影响。他们随意地把80%作为脑力负荷的上限，这样使操作人员能有一点剩余的能力(时间)，这点能力也可以用来检查自己的错误等等。这种方法产生的结果比较令人满意。,第三节 脑力负荷预测方法,二、波音公司的方法,在与上面的研究人员同时进行的研究中，波音公司的 Smith提出用时间占有率作为负荷比例。 Smith在完善他的模型时，又考虑了认知性的任务。,图10-3

14、是按这种方法计算出来的当使用电子计算机之后，在执行10多分钟的任务时某操作人员的脑力负荷随时间的分布。,图10-3 某操作人员脑力负荷随时间分布情况,第三节 脑力负荷预测方法,二、波音公司的方法,图中的实线代表平均负荷，而虚线则代表脑力负荷的标准(临界值)。从图中可以看出，操作人员在这段时间内的脑力负荷在20%100%之间变动，这段时间内的平均负荷为60%，有13次脑力负荷超过了图中虚线，但每次超过的时间都非常短。 通过计算机的帮助，还可以知道这13次脑力负荷超过标准的原因，以及计算出人的各个部位的负荷情况。,第三节 脑力负荷预测方法,三、Aldrich的脑力负荷预测方法,Aldrich等人开

15、发的脑力负荷预测方法与前面前面提出的方法有些相似，但又增加了新内容。该种方法开发分为如下阶段。 （1）工作分析阶段。 （2）估计每项任务所需时间。 （3）确定人的各部位被占用情况。（利用主观经验，确定不同系统负荷表） （4）将各子系统的负荷进行累加，由累加和判断负荷状态,此方法被用于比较直升飞机1人操作和2人操作的负荷情况。 Aldrich模型也存在一定的问题，该模型还没有接受实践检验，系统的负荷值为专家的主观值，在一定程度上影响了结果的客观性，另外，负荷的计算是各子系统负荷系数的简单相加，把8确定为脑力负荷过度的判断标准还缺乏科学的根据。,第四节 应激,一、应激及其产生原因,1应激的含义 当

16、操作者面临超出适应能力范围的工作负荷时，就会产生所谓“应激”的现象。较为普遍的观点认为，应激是一种复杂的心理状态。每当系统偏离最佳状况而操作者又无法或不能轻易地校正这种偏离时，操作者呈现的状态即为应激。,2应激现象产生的原因 （1）系统偏离最佳状况。 （2）环境要求与操作者能力不匹配。 （3）动机因素的作用。,第四节 应激,二、应激源,能引起应激现象的因素称为应激源。主要应激源如下： （1）工作因素。 （2）环境因素。 （3）组织、社会因素。 （4）生理节奏与其他因素。,三、应激效应,在应激状态下，操作者的身心会发生一系列变化。这种变化是应激引起的效应，表现为以下四类： (1)生理和身体的变化。 (2)心理和态度的变化。 (3)工作绩效的变化。 (4)行为策略和方式的变化。,第四节 应激,四、 应激的控制,我们可以采取某些行动来控制或减少应激源的强