脑力负荷

评价步骤 标记单项负荷水平，除业绩水平外，其他5条目从左至右均为负 荷逐渐增加。业绩水平从左至右为好到差。 采用两两比较的方法，将6个条目进行两两配对，共做成15个对 子，要求研究对象选出每对中与总脑力负荷关联更为密切的那一 条目，根据每一条目被选中的次数确定该条目对总脑力负荷的权 重。脑力负荷值即为6个条目的加权平均值。
得分（0~1）
总得分
11.3脑力负荷的预测方法
Siegel和Wolf的时间压力模型 波音公司的脑力负荷预测方法 Aldrich的脑力负荷预测方法
Siegel和Wolf的时间压力模型
以人为中心的人－机计算机模拟系统，人的负荷情况是影响人一机
系统效率的最主要的因素。 脑力负荷可以用“压力”这个变量来表示。压力主要受以下四个方
主要分为多因素评价法和单因素评价法两类。
主观测量法—CH量表 由Cooper和Harper在1969年提出的用于评价飞机驾驶难
易程度的一种图表式主观方法。
该方法把飞机驾驶 的难易程度分为10 个等级，飞行员在 驾驶飞机后，根据 自己的经验和感觉， 对照各种困难程度 的定义，作出对该 种飞机的评价。
眼电活动测量法
研究脑力负荷和眼电活动的关系时，一般通过眼动仪等仪器记录眼电图 信号，然后通过电脑将信号放大，分析不同脑力负荷下眨眼信号的变化。
眨眼是人的一种正常的保护 性生理反应，人们在自然情 况下也可发生眨眼现象。但 眨眼率可随所执行的任务而 发生变化，提高任务要求可 使眨眼率降低。 有研究表明随工作任务难度 的增加，相邻两次眨眼间隔 时间延长，眨眼率会下降。
人机工程学
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
航空学院
栾义春
2012年10月28日
篇章总汇
总论 基础篇
第1章 人机工程学概论
第2章
第3章
人体生理特征
人体测量与数据应用 人的心理认知特征
应用篇
第4章
第5章
第6章
人机系统
工作研究（肌肉骨骼失 扩展篇 第9章 人因安全
调及预防）
第7章
第8章
作业空间设计
人与环境的界面设计
第10章
第11章
可用性
主观测量法
库柏一哈柏量表、主观负荷评估法等
工作测量法
以工作者在执行工作时的表现作为脑力负荷的衡量指标，反映了操作 者在模拟或实际操作环境中执行任务的能力。
主任务测量法 假设操作者在工作中同时要做 两个任务，但只将其主要精力放 在其中一个任务上 。 常用的主任务测量法主要是对 速度和准确度的测量 。 主任务测量法通过测量操作人 员执行主任务的表现来反映主任 务脑力负荷的轻重。 副任务测量法 也可称次任务测量法。 采用这种方法的前提是：人是 有限能力的单通道信息处理器 。 它通过测量人们完成副任务的
目前对脑力负荷的定义没用严格统一的描述，以下几种是比较有代 表性的模式： 脑力负荷是人在工作时的信息处理速度。 脑力负荷是工作者用于执行特定任务时使用的那部分信息处理能
力。
脑力负荷不仅与任务有关，也与个体有关。 脑力负荷是为人们为满足客观和主观的业绩标准而付出的注意力
大小，它与任务需求、社会支持和个体的经历有关。
生理测量法—磁共振成像技术 （MRI） MRI在脑力负荷的研究中有着广泛的应用前景。
各种认知活动在功能上都有高灵敏度的显示成像工作方式，我
们可以检测到作业前后ＭＲＩ信号强度变化的大小和速度，通 过“差图法”或“信号强度—时间”关系曲线，可以直观描述 信号强度的变化规律，分析认知作业的种类和脑力负荷。
生理测量法—心电活动测量法
心电活动测量法一般采用心电监护仪、多导生理仪等仪器记录心电图，
将信号放大后分析心电活动变化，其中以心率及心率变异性与脑力负荷 的关系研究较多。
例如Wilson研究了飞行训练 中工作负荷与多种生理指标 的关系，发现心率和心率变 异性在不同的飞行阶段变化 非常显著，脑力负荷加重时 心率加快，而心率变异性则 减少。
主观测量法--SWAT量表
SWAT量表是由美国空军某基地航空医学研究所开发的一个多维脑力负荷评 价量表。 该量表由三个维度组成，即时间负荷、努力负荷和心理紧张负荷。 时间负荷反映了人们执行任务过程中可用的空闲时间的多少； 努力负荷反映了执行任务需要付出多大的努力； 心理紧张负荷测量的是执行任务过程中产生的焦虑、不称心等心理状态表 现的程度。 采用SWAT量表进行脑力负荷评价分两个步骤
音公司提出了用时间研究的方法分析人的业绩的可能性问题。 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。
Smith提出用时间占有率作为负荷比例。时间占有率是完成任务 所需要的时间与给出的完成任务时间之比。
Aldrich的脑力负荷预测方法
工作分析阶段
把操作人员在系统中应该完成的任务按照“系统一使命一阶段性使命一功能一任 务一行为一人工作的部位”的顺序逐级进行分解。 估计每项任务所需要的时间 任务可分为间断性任务和连续性任务两大类。时间的确定就比较困难。主要是根 据专家的意见确定的。 确定人的各个部位被占用的情况 人的工作系统分为感觉、认知、反应三个子系统。感觉又分为视觉、听觉、触觉。 这样人的工作系统被分为五个可以同时工作的子系统。 确定工作内容的脑力负荷，
量表开发阶段
评分阶段
主观测量法—NASA-TLX(美国国家航空航天局任务负荷指数)
由美国航空航天局开发的一个多维脑力负荷评价量表。量表由六个维度组成
条目名称
脑力需求
两端表示
低/高
条目说明
指完成工作过程中需付出多大的脑力活动（如思考、下决定、计算、记忆、 观察、搜查等）？该工作从脑力方面对你而言是容易还是困难？是简单还 是复杂？要求严格还是不严格？ 指完成工作过程需付出多大的体力（如推、拉、转身、动作控制、进行活 动的程度等）？该任务从体力方面对你而言是容易还是困难？是缓慢还是 快速？肌肉感到松弛还是紧张？动作轻松还是费力？
Siegel和Wolf认为时间压力可以被定量的描述。他们把时间压力定义
为完成任务所需要的时间与给定的完成任务之比即：
TP=TD/TA
其中：TP是时间压力，TD是完成任务需要的时间，TA是给出的完成任务的时间）
波音公司的脑力负荷预测方法
从波音737开始，飞机上开始用电子计算机显示和控制系统，波
面的影响 .
操作人员的工作速度； 工作同伴带来的工作压力；
重复工作带来的工作压力；
被迫等到机器作出反应带来的烦躁和压力。
时间压力模型最基本的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。 模型的主要目的是预测人能否完成他被赋予的在系统中的使命。
主观度量量表
由Tsang和Velazquez基于脑力多资源模型，提出的主观度量量表 （workload profile, WP）,包含四个脑力工作的阶段，每个阶段占用两 种脑力资源。
任务阶段 负荷维度 信息处理
编码处理 输入 输出
占用脑力资源 概念/中枢处理
响应 空间编码 语言编码 视觉接收 听觉接收 操作输出 语言输出
体力需求
低/高
时间需求 努力程度 业绩水平 受挫程度
慢/快 小/大 好/差 小/大
指工作运行速率或节奏，其节奏是缓慢并使人感到从容不迫，还 是快速而令人感到慌乱呢？ 指完成您的工作需付出的努力是小还是大呢？（脑力及体力） 指对完成任务取得的成绩怎么样？对取得的成绩，您的满意程度 有多大？ 指在工作中，你感到沮丧感、烦恼程度是小还是大？
脑力工作效率的影响因素
提高脑力工作效率的途径
有效工作环境的设计 科学的任务设计和合理的任务搭配
借助快捷有效的辅助工具
新的软件开发环境 智能工作区图
记忆辅助工具
基于笔的输入技术 科学的管理
表现间接反映主任务的脑力负荷
大小。 它是反映操作人员做主任务时
剩余能力的一个指标。
生理测量法
通过测量操作者的某些生理指标的变化来反映其脑力负荷水平的改变。 优点是客观性和实时性，并且不影响工作任务执行的情况下进行连续 的监测。 常用的生理测量法有三类：心电活动相关指标、眼活动相关指标以及 脑活动相关指标。
脑力负荷
11.1 脑力负荷概述
11.2 脑力负荷的测量方法 11.3 脑力负荷的预测方法 11.4 脑力工作效率提升
11.1脑力负荷概述
脑力负荷的定义 脑力负荷（mental workload）是体力负荷相对应，也可称为心理 负荷、精神负荷、脑负荷、脑力负担等； 脑力负荷表示人在工作中的心理压力。
脑力负荷是衡量人的信息处理系统工作时被使用情况的一个指标， 并与人的闲置未用的信息处理能力成反比。
脑力负荷与工作绩效的关系 “三阶段”模式
“倒U型”模式
11.2 脑力负荷的测量方法
工作测量法 主任务测量法 副任务测量法 生理测量法 心电活动测量法
眼电活动测量法
脑活动测量法 磁共振成像技术
主观测量法
是最简单也是最流行的脑力负荷评定方法。 理论基础是操作者脑力资源的占用与个人的努力程度是相关的，并且
这种努力程度能够由操作者准确表达出来。
操作简单，使用方便，容易为操作人员所接受，对任务也没什么干扰； 使用统一的维度进行评定，可以对不同任务的负荷结果进行比较，它
不仅能区分超负荷与非超负荷，且对中、低负荷的变化也较敏感。
每一个子系统的脑力负荷定在0－7之间，具体数值根据专家调查获得。脑力负荷
是操作人员的5个子系统在某一时刻所承受的负荷之和。
11.4 脑力工作效率提升
脑力工作者的特征 工作具有很强的知识性，要求脑力工作者必须有一定的专业知识储 备和技能训练，而且知识要不断进行更新； 工作过程中人与信息系统需要持续不断地交互以便对信息进行处理、 整合； 需要运用隐性和显性知识频繁进行判断、推理、决策、计划和协调 过程具有一定的协同性； 过程结构化程度低； 具有不确定性和模糊性； 过程存在打断现象等。
脑电活动测量法：主要有ERP和EBM两种。
脑事件相关电位测量法（Event-related Potential，ERP） 与脑的认知活动密切相关，是近年来比较新的脑力负荷评价指标。 脑活动特别是其中的晚发正波成份P300与认知活动关系最为密切，被认 为是脑认知活动的窗口，可反映任务的脑力负荷，其波幅可以反映诱发 其产生的刺激任务的脑力资源的多少。 脑地形图（Electrical Brain Mapping，EBM）。 利用头皮电极和微机技术研究脑诱发电位的时间和空间变化。 由于作业的种类和难度的不同，头部电活动类型和脑诱发电位成分有明 显的差异，我们可以运用这种差异研制功能性脑地图集，并预示可以运 用这种地图集确定各种认知作业间的认知功能的相似处和差异，进而探 讨作业脑力负荷。