美軍標(biāo)882e翻譯

1、摘要：計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展和軟件可以實(shí)現(xiàn)幾乎人機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)方面的自動(dòng)化。鑒 于這些技術(shù)的能力，是否應(yīng)該使系統(tǒng)的功能是自動(dòng)的，到什么程度，是一個(gè)值得考慮的問題。我們?yōu)樵O(shè)計(jì)自動(dòng)化類型和層次的模型提供了一個(gè)框架，并提供這樣的選擇的客觀依據(jù)。自動(dòng)化的適當(dāng)選擇是很重要的，然而自動(dòng)化不只是取代而是改變?nèi)祟惖幕顒?dòng)，對(duì)操作人員進(jìn)行新的協(xié)調(diào)提出了要求?？梢詰?yīng)用于功能的自動(dòng)化四大類：1）信息采集；2）信息分析；3）決策和行動(dòng)選擇；4）措施的實(shí)施。在每個(gè)這些類型，一個(gè)從低到高連續(xù)的自動(dòng)化水平可以應(yīng) 用，即，從全手動(dòng)到全自動(dòng)。一個(gè)特定的系統(tǒng)可以包括在不同的自動(dòng)化水平所有四種類型。 對(duì)于特定的自動(dòng)化類型的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)自動(dòng)

2、化水平的最主要評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)就是人類績(jī)效結(jié)果。次要的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)包括自動(dòng)化的可靠性和決策/行動(dòng)后果的成本。文章最后的例子采用本文提供的模型進(jìn)行了自動(dòng)化設(shè)計(jì)。II.自動(dòng)化機(jī)，尤其是電腦，現(xiàn)在能夠進(jìn)行許多在之前只能由人類執(zhí)行的功能。機(jī)器執(zhí)行這樣的功能一一自動(dòng)化一一也得到了擴(kuò)展的功能，包括人類不希望執(zhí)行， 或不能像可靠的機(jī)那樣準(zhǔn)確執(zhí)行的任務(wù)。在自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展中的技術(shù)問題一一有特定功能的自動(dòng)化，和相關(guān)的傳感器的特性，控制，和軟件一一非常值得關(guān)注。考慮到許多這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和靈活性，這也并不奇怪（例如，一架大型噴氣式飛機(jī)自動(dòng)著陸，或?qū)拥膬娠w船）。自動(dòng)化可以提供經(jīng)濟(jì) 效益，這一點(diǎn)同樣也使得公眾更加關(guān)注自動(dòng)化的

3、技術(shù)能力。相反，在自動(dòng)化的大量技術(shù)文獻(xiàn)， 有一個(gè)小但日益增長(zhǎng)的研究熱點(diǎn)檢查包含在自動(dòng)化系 統(tǒng)中的人的能力。這項(xiàng)工作已經(jīng)清楚地表明自動(dòng)化不簡(jiǎn)單地取代人類的活動(dòng)而是改變這些活 動(dòng)，常以一種出乎意料的方式有自動(dòng)化的設(shè)計(jì)者進(jìn)行，并對(duì)操作人員提出新的協(xié)調(diào)要求。然而，直到最近，這些研究結(jié)果沒有太多的工程和設(shè)計(jì)的知名度和影響力。人類績(jī)效問題的研究尤其重要，因?yàn)榭紤]到如今沒有什么不能被自動(dòng)化，現(xiàn)代技術(shù)能力迫使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者考慮的一些艱難的選擇一一將什么功能自動(dòng)化和到什么程度。在本文中，我們提出一個(gè)模型為自動(dòng)化類型和水平的選擇提供一個(gè)框架作為作出這樣的選擇的客觀基礎(chǔ)。我們的方法在理念以人為中心的自動(dòng)化”指導(dǎo)下，并通

4、過自動(dòng)化空中交通管制進(jìn)行分析。首先從自動(dòng)化的定義開始：牛津英語(yǔ)詞典在1989年定義自動(dòng)化為：1通過連續(xù)的階段自動(dòng)的控制產(chǎn)品的生產(chǎn)；2將自動(dòng)控制應(yīng)用到工業(yè)和科學(xué)的任何一個(gè)分支；3通過擴(kuò)展，電子或機(jī)械裝置的使用代替人類勞動(dòng)。這一詞的本來的使用意味著自動(dòng)控制（自動(dòng)有許多替代定義表明自反行動(dòng)，自發(fā)的，和外界的獨(dú)立）。自動(dòng)控制可以是開環(huán)和閉環(huán)， 并且可以采用電子以及機(jī)械作用。自動(dòng)化不僅 僅是現(xiàn)代化的技術(shù)創(chuàng)新。 例如，更新計(jì)算機(jī)到一個(gè)更強(qiáng)大系統(tǒng)不一定是自動(dòng)化的，同樣用光纖電纜替代也是如此。目前的本文關(guān)注的是自動(dòng)化系統(tǒng)中人的績(jī)效。因此我們使用一個(gè)定義，強(qiáng)調(diào)人機(jī)比較，定義自動(dòng)化為一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)能夠完成（部分或

5、全部）的一種功能，這種功能在此前由一個(gè)操作員（或者可以令人信服的）進(jìn)行（部分或全部）。III.自動(dòng)化類型和水平模型在我們的定義中，自動(dòng)化指的是此前有人完成的功能部分或者全部的被替代。 這意味著自動(dòng)化不是全部或者沒有，而是在連續(xù)區(qū)間內(nèi)可以變化的，從最低水平的全部由人完成功能，到最高水平的自動(dòng)化。幾個(gè)介于最高和最低這兩個(gè)極端的 自動(dòng)化水平被提出。在此前被踢出的模式中，自動(dòng)化被分為1-10,如表1更高水平的自動(dòng)化意味著計(jì)算機(jī)對(duì)人行動(dòng)更高的自主性。例如，在低水平2,提供給人類的是幾個(gè)選項(xiàng)，但系統(tǒng)沒有進(jìn)一步說明最終決定是哪個(gè)。在水平 4,計(jì)算機(jī)顯示一個(gè)決策6,系統(tǒng)在選擇之前給人一定有限的時(shí)間方案，但人保

6、留最終決策權(quán)。在一個(gè)更高的水平的 的否決權(quán)進(jìn)行決策。表1自動(dòng)化水平HIGH 10. The computer decides everything, acts autonomously ignoring the human.9, informs the human only if it, the computer, decides to8. informs the human only if asked, or7. executes automatically then necessarily informs the human, and6. aSlows the human a restri

7、cted time to veto before automatic execution, or5. executes that suggestion if the human approves or4. suggests one alternative3. narrows the selection down lo a few, or2, The computer offers a complete set of deci si on/action alternatives, orLOW 1. The computer offers no assistance: human must tak

8、e all decisions and actions.自動(dòng)系統(tǒng)可以是在這連續(xù)水平中的特定水平。例如，通知飛機(jī)有其他飛機(jī)與之有路徑并提供解決方案的檢測(cè)與分析系統(tǒng)間可能存在沖突，因而可以設(shè)定自動(dòng)化水平為4。在6級(jí)或更高，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行它自己的分析結(jié)果，除非控制器干預(yù)。在我們提出的模型中，我們將表1擴(kuò)展使之涵蓋在人機(jī)系統(tǒng)中的不同類型功能的自動(dòng)化。表1主要指的是決策和動(dòng)作的自動(dòng)化選擇，或可以說是一個(gè)系統(tǒng)的輸出功能。然而， 自動(dòng)化也可用于輸入功能，即，決策和行動(dòng)之前的功能。在擴(kuò)展的模型中，我們采用了人類處理信息的簡(jiǎn)化的四個(gè)階段理論（見圖1）。圖1人類處理信息的簡(jiǎn)化四階段模型第一階段是指采集和登記多個(gè)信

9、息來源。這一階段包括定位定向的感官受體，感覺處理，全面感知的現(xiàn)有數(shù)據(jù)的初始預(yù)處理，并選擇注意。第二階段是有意識(shí)的感知，和操作的處理和在工作記憶中檢索的信息。 這一階段還包括認(rèn)知操作如排練，整合和推理，但這些操作發(fā)生在決策點(diǎn)之前。第三階段是基于這樣的認(rèn)知加工，作出決策。第四和最后階段涉及反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)或行動(dòng)一致的決策選擇。這四個(gè)階段幾乎肯定是一個(gè)粗略的人類信息加工的簡(jiǎn)化模型。大多數(shù)任務(wù)的性能存在相互依存的階段，它們?cè)谔幚聿僮鲿r(shí)暫時(shí)重疊。這個(gè)階段也可以認(rèn)為是感知行動(dòng)”循環(huán)16 ,而不是嚴(yán)格協(xié)調(diào)起來的從刺激到反應(yīng)的串行序列。我們的目標(biāo)不是辯論人類認(rèn)知系統(tǒng)的理論結(jié)構(gòu)，而是提出一種結(jié)構(gòu)，在實(shí)踐中可用。在這方

10、面，圖 1所示的概念提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的 開始，并對(duì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用有深遠(yuǎn)影響。類似的概念模型已被發(fā)現(xiàn)在推導(dǎo)的人為因素時(shí)是有用的。人類信息加工的四階段模型在系統(tǒng)中擁有可以自動(dòng)的對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)功能，。因此，我們認(rèn)為自動(dòng)化可以應(yīng)用于四類功能：1）信息采集；2）信息分析；3）決策和行動(dòng)的選擇；4）行動(dòng)的執(zhí)行。這些功能可以有程度不同，或多層次的自動(dòng)化。表 1的自動(dòng)化多層次決策可以修改后 被應(yīng)用，其同樣適用于對(duì)信息獲取，信息分析和行動(dòng)的實(shí)施階段，盡管水平的等級(jí)數(shù)目在不 同階段之間存在差異。圖 2提供了自動(dòng)化的類型和層次模型示意圖。為方便起見，我們指 的是自動(dòng)化采集，分析，決策和行動(dòng)的類型。我們也偶爾提及聯(lián)合采集

11、與分析信息自動(dòng)化。自動(dòng)化系統(tǒng)可以包含在不同的水平所有特定的四個(gè)維度。因此，例如，給定的系統(tǒng)（A）設(shè)計(jì)中可以有一個(gè)高采集自動(dòng)化， 低的分析決策的自動(dòng)化和低動(dòng)作的自動(dòng)化。 一個(gè)系統(tǒng)（B）, 另一方面，可能在所有四個(gè)維度有高水平的自動(dòng)化。圖2系統(tǒng)信息處理過程功能的自動(dòng)化水平InformatimiAcquisitionAutomationLevelInformationAnalysisAutomationLevelDetistonSelectionAutomationLevelActionImplementationAutomationLevelHighHighHighHighIV自動(dòng)化設(shè)計(jì)的框架我們

12、提出的模型提供了對(duì)于解決特定的系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)問題一個(gè)框架。如何才能使用該框架？我們提出了一系列的步驟和迭代程序顯示在一個(gè)流程圖中（見圖3）。第一步是意識(shí)到自動(dòng)化并不是完全的或完全不是的，而是可以設(shè)定不同類型的。我們可以思考是否要將自動(dòng)化應(yīng)用于信息采集，信息分析，決策選擇，或?qū)嵤?。自?dòng)化的一個(gè)類的功能（例如，信息 分析），不同的組合功能，或者所有四個(gè)功能域，可以被考慮。在隨后的設(shè)計(jì)階段，人們會(huì)問，什么級(jí)別的自動(dòng)化應(yīng)在各功能領(lǐng)域中應(yīng)用。對(duì)于此可能沒有簡(jiǎn)單的答案，很可能需要權(quán)衡預(yù)期的效益與成本之間。然而，我們提出的四維模型可以提供一個(gè)指導(dǎo)框架。如圖 3所示，對(duì)于每種類型自動(dòng)化的水平可以具體考慮。我們

13、建議任 何特定的自動(dòng)化水平應(yīng)通過考察對(duì)相關(guān)的人類效能的影響進(jìn)行評(píng)估。這構(gòu)成了自動(dòng)化水平的初步評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。然而，人的表現(xiàn)并不是唯一重要的因子。二級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括自動(dòng)化可靠性和成本決策/行動(dòng)結(jié)果。這些也適用于對(duì)特定自動(dòng)化水平的可行性和適宜性的評(píng)估。我們?cè)O(shè)想 中的應(yīng)用這些標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估組成遞歸過程（見圖3）,可以用一個(gè)迭代的設(shè)計(jì)過程的一部分。我們強(qiáng)調(diào)，然而，該模型不應(yīng)被視為一個(gè)靜態(tài)的方程或一個(gè)指定特定類型或級(jí)別自動(dòng)化的慣 例。相反，當(dāng)結(jié)合我們所描述的主要和次要的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，該模型可以提供原則性的自動(dòng)化設(shè)計(jì)指南。圖3自動(dòng)化水平設(shè)計(jì)流程圖我們提供以下的例子， 通過考慮這些評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)， 介紹了四個(gè)類型或階段自動(dòng)化的自

14、動(dòng)化 水平。這樣的建議參考相應(yīng)的自動(dòng)化上限，即最高水平，但不一定是所要求的水平。換句話說，我們建議自動(dòng)化可以被設(shè)計(jì)為特定的高水平，但不需要進(jìn)一步的提高。 但設(shè)計(jì)者如果有必要可以選擇一個(gè)低于這個(gè)上限的自動(dòng)化水平，尤其是在考慮其他異于我們討論的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià) 之后（例如，系統(tǒng)易于集成，或成本）。最低水平的自動(dòng)化水平約束也可以采用相同的評(píng)估 標(biāo)準(zhǔn)確定?？山邮艿南到y(tǒng)性能可能需要一個(gè)確定的最小的自動(dòng)化水平。A. 人類效能結(jié)果：自動(dòng)化的主要評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)研究表明自動(dòng)化對(duì)人類效能既有好的也會(huì)有壞的影響，在此我們主要考慮以下四中人類效能：心理工作負(fù)荷；環(huán)境敏感能力；自滿；技能退化。1）心理工作負(fù)荷 有證據(jù)表明，精心設(shè)計(jì)的

15、信息自動(dòng)化可以改變?nèi)诵睦碡?fù)荷水平以適 應(yīng)系統(tǒng)要執(zhí)行的任務(wù)。在最簡(jiǎn)單的層面上，信息組織源將幫助操作者提取與決策相關(guān)的信息， 例如一個(gè)優(yōu)先級(jí)列表，。數(shù)據(jù)匯總也可以通過消除耗時(shí)的搜索或通信幫助操作。如前所述， 在的雷達(dá)顯示中的電子數(shù)據(jù)塊替代了該空中交通管制員與飛行員以確定飛機(jī)的位置和高度 的需要。更多的比任何在駕駛艙中其他的自動(dòng)化系統(tǒng)，都具有減少飛行員的工作量。這些結(jié)果不應(yīng)被解釋為意味著自動(dòng)化結(jié)果總是在平衡操作人員的工作量。自動(dòng)化增加工作量的實(shí)例也被發(fā)現(xiàn)。 這些主要涉及那些難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的系統(tǒng)，從而增加認(rèn)知負(fù)荷和物理操作人員的工作量。這樣的系統(tǒng)被稱為實(shí)現(xiàn)了笨拙”的自動(dòng)化。一般來說，影響自動(dòng)化對(duì)腦力負(fù)

16、荷反映在在改善人類生產(chǎn)力和效率的自動(dòng)化的類似混合記錄中。2）環(huán)境敏感能力 首先，自動(dòng)化決策功能可以降低操作者對(duì)于系統(tǒng)和工作環(huán)境特定動(dòng) 態(tài)特性的敏感性。當(dāng)環(huán)境的變化有另外的代理所控制的時(shí)候人們往往難以意識(shí)到這些變化 （無論代理是自動(dòng)化或者另一個(gè)人）。另外，如果輔助決策，專家系統(tǒng)，或其他類型的決策 自動(dòng)化重復(fù)選擇決策的執(zhí)行， 在動(dòng)態(tài)環(huán)境中，人操作者可能無法維持一個(gè)好的來源于環(huán)境圖片”信息，因?yàn)樗蛩皇欠e極參與到對(duì)來源于信息的決定的評(píng)價(jià)。這可能發(fā)生在那些操作 者被動(dòng)監(jiān)測(cè)工藝行為的系統(tǒng)中，操作者被用于進(jìn)行干預(yù)， 以防止錯(cuò)誤或事件。當(dāng)然也存在增加操作者環(huán)境敏感能力的情形，例如，數(shù)據(jù)集成，可以提高操作人

17、員的態(tài)勢(shì)感知。3）自滿 第二，如果自動(dòng)化程度很高，但不完全可靠的執(zhí)行決策的選擇，然后操作員 可能不再監(jiān)測(cè)自動(dòng)化和信息來源，因此，不能發(fā)現(xiàn)偶爾的自動(dòng)化失效。這種影響對(duì)過于信任或自滿”在操作者執(zhí)行多重任務(wù)時(shí)最大，而當(dāng)操作者只執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)最小。監(jiān)測(cè)過程中的 自滿效果最近被使用的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)的建模分析表明，自滿情緒反映了監(jiān)控下手動(dòng)控制與自動(dòng)化的學(xué)習(xí)機(jī)制。信息分析的自動(dòng)化也能導(dǎo)致自滿如果算法的濾波，預(yù)測(cè)，或整合操作是可靠的但并非完全可靠。最近的一次模擬的地面目標(biāo)的任務(wù)研究發(fā)現(xiàn)提示不正確定向的注意力的暗示會(huì)導(dǎo)致 較差的檢測(cè)性能即使飛行員被通知這是不完全可靠的線索。自動(dòng)提示（注意指導(dǎo)）可能會(huì)導(dǎo)致操作者不重視對(duì)

18、非提示區(qū)域的顯示。因此類似自滿的效果在其他情況同樣會(huì)產(chǎn)生，即應(yīng)用自動(dòng)獲得信息的采集和分析，不僅僅是決策制定。 然而，不確定的是這種不可靠的自動(dòng)化效果是否在所有的階段信息處理同樣強(qiáng)烈。有證據(jù)表明，雖然自滿可以在信息自動(dòng)化和決策自動(dòng)化中發(fā)生，它對(duì)后者性能的影響更大。在對(duì)輔助決策的一項(xiàng)研究，在自動(dòng)化完全可靠時(shí)兩 種形式自動(dòng)化的性能的獲益是同樣。然而，這項(xiàng)研究是唯一記錄直接比較不可靠的自動(dòng)化在自動(dòng)化的不同階段影響的。 問題是在我們的模型中，自動(dòng)化不可靠對(duì)所有四個(gè)類似的自動(dòng)化階段的負(fù)面影響，需要進(jìn)一步檢查。4）技能退化 第三，如果決策功能通過自動(dòng)化表現(xiàn)，在將來的某個(gè)時(shí)間，操作者將不執(zhí)行 這個(gè)功能。有大量

19、的心理學(xué)認(rèn)知研究證明遺忘技能衰變會(huì)在不使用時(shí)發(fā)生。認(rèn)知能力下降可能對(duì)于跟蹤自動(dòng)化失效特別重要。最近的一次模擬機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)控制研究用于人類危險(xiǎn) 材料發(fā)現(xiàn)對(duì)于跟蹤自動(dòng)化故障，中間決策的自動(dòng)化水平性能優(yōu)于高的水平。這些潛在的成本一一環(huán)境敏感能力的降低，自滿，和技能退化一一共同顯示，自動(dòng)化水平高會(huì)導(dǎo)致操作者顯示出“開環(huán)”的不適應(yīng)。所有的三個(gè)漏洞來源會(huì)在系統(tǒng)失效時(shí)對(duì)安全構(gòu)成威脅。因此，自動(dòng)化的設(shè)計(jì)必須保證這種潛在的人力成本不發(fā)生。我們未討論的其他人類績(jī)效成本野營(yíng)應(yīng)被研究。不會(huì)導(dǎo)致不平衡的心理負(fù)荷，減少的態(tài)勢(shì)感知，自滿，或技能損失的自 動(dòng)化仍然可能導(dǎo)致其他相關(guān)的缺陷， 最終對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響，包括模式的混亂和操作者 對(duì)自動(dòng)化過度信任。考慮到這些人的表現(xiàn)的后果，一個(gè)特定的自動(dòng)化水平相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)可以被確定。然而，全部應(yīng)用我們的模型還需要充分考慮其他標(biāo)準(zhǔn)。這里我們