人因工程課件第06章

1、人因工程西安交通大學(xué)管理學(xué)院孫林巖教授Human Factors lab, Management School, Xian Jiaotong University, China篇章總匯總論第1章 人因工程概述第2章 人因工程的研究方法與工具基礎(chǔ)篇第3章 人體測量第4章 人體生理特性第5章 人的心理認(rèn)知特征第6章 人的信息處理第7章 人的作業(yè)環(huán)境應(yīng)用篇第8章 作業(yè)空間設(shè)計第9章 肌肉骨骼失調(diào)及其預(yù)防第10章 腦力負(fù)荷與腦力工作績效提升第11章 人機界面設(shè)計擴展篇第12章 可用性第13章 安全性School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY第6章 人的信息

2、處理人的信息加工模型 人的信息輸入 人的信息處理 人的信息處理 人在各種活動中，要不斷地接收各種信息并做出反應(yīng)，如果用信息的觀點解釋人的認(rèn)知過程，那么人可以被看作是一個信息處理和加工系統(tǒng)，而人在人機系統(tǒng)的特定作業(yè)中的各種活動，都是信息接收、傳遞和加工的過程。人的信息處理過程和特點是認(rèn)知心理學(xué)研究的重要內(nèi)容，同時其研究成果在人因工程的工業(yè)實踐中的應(yīng)用也極為廣泛，涉及人的信號識別、信息加工、作業(yè)動作和言語輸出等很多方面。本章將對這些內(nèi)容進(jìn)行介紹。 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.1 人的信息加工模型信息及其度量 人因工程的信息分類 信息加

3、工模型 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.1.1 信息及其度量信息是能消除事先不能確定的情況（即先驗不確定性）的信號或知識，是一種抽象量。信息量的大小可用消除不確定性的多少來衡量，即消息中所含的信息量是出現(xiàn)該消息的概率的函數(shù)。消息出現(xiàn)的概率愈小，它所包含的信息量就愈大，反之亦然。 如果某一事件發(fā)生的概率為1，亦即該事件為必然事件，而必然事件是無不確定性而言的，因此，其信息量為零。消息中所含的信息量I與該消息出現(xiàn)的概率P（X）之間的關(guān)系式如下：信息量的單位的確定取決于上式中的對數(shù)底a。通常廣泛采用的信息量單位為比特（Bit），此時取對數(shù)的

4、底a=2。School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.1.2人因工程的信息分類根據(jù)人的感覺系統(tǒng)分為：視覺信息聽覺信息觸覺信息嗅覺信息本體覺信息根據(jù)信息的表現(xiàn)方式，可以分為： 狀態(tài)信息 警告與告知信息 展示性信息 數(shù)字、符號的簡易信息 時間脈沖信息School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY感覺種類感覺器官適宜刺激識別特征作 用視覺眼光形狀、大小、位置、遠(yuǎn)近、色彩、明暗、 運動方向等鑒別聽覺耳聲聲音的高低、強弱、方向和遠(yuǎn)近報警、聯(lián)絡(luò)嗅覺鼻揮發(fā)和飛散的物質(zhì)辣氣、香氣、臭氣報警、鑒別味覺舌被唾液溶解的物質(zhì)甜酸

5、、苦辣、咸等鑒別皮膚感覺皮膚及皮下組織物理或化學(xué)物質(zhì)對皮膚作用觸覺、痛覺、溫度覺、壓覺報警深部感覺肌體神經(jīng)及關(guān)節(jié)物質(zhì)對肌體的作用撞擊、重力、姿勢等平衡感覺前庭器官運動和位置變化旋轉(zhuǎn)運動、直線運動和擺動等調(diào)整6.1.2人因工程的信息分類及應(yīng)用School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.1.3信息加工模型 記憶知覺編碼決策長時記憶操作記憶反應(yīng)執(zhí)行感覺儲存注意資源反饋刺激人的信息加工模型可以簡單表示為下圖：School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.1.3信息加工模型圖中的各模塊的機能感覺儲存：又稱為感覺

6、登記、感覺記憶或瞬時記憶，是外界輸入刺激后人對信息進(jìn)行加工的第一個模塊。它儲存輸入感覺器官的刺激信息，保持極短時間記憶。瞬時記憶的容量較大，一般為920bit。外界信息輸入感官后，只有受到格外注意的信息才能轉(zhuǎn)換成一種較持久的形式而得到保持，否則，信息就會迅速消失。知覺過程的信息加工：可分為“自下而上”和“自上而下”兩種方式?！白韵露稀钡男畔⒓庸な怯奢斎氲男畔ⅲ创碳の锏淖饔茫┧鸬募庸ぃ饕蕾嚧碳の镒陨淼男再|(zhì)和特性。“自上而下”的加工是從知識經(jīng)驗開始的加工，當(dāng)外界刺激輸入后，在注意的參與下進(jìn)行編碼，頭腦中已儲存的與剛輸入的信息有關(guān)的知識經(jīng)驗，甚至有組織的結(jié)構(gòu)圖式被激活，其中適合于圖式的

7、信息被加工，而不適合于圖式的信息則被忽略?！白韵露稀焙汀白陨隙隆笔谴竽X統(tǒng)一加工信息過程中的兩種方式，互相聯(lián)系、互相補充。 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.1.3信息加工模型記憶和決策：作為人的信息加工過程的兩個模塊來看待。某個知覺對象一旦被知覺歸類確定，個體將經(jīng)選擇決定對它做出某種行動。在有些情況下，人也可能對當(dāng)前出現(xiàn)的刺激暫不做出反應(yīng)，而是決定把這些刺激的信息或者存入短時記憶，暫時保持不超過1min的時間，或者存入長時記憶，永久儲存起來，到需要時，再根據(jù)預(yù)定的檢索計劃和方法，由長期記憶中檢索出信息輸送到短時記憶，進(jìn)行選擇執(zhí)行。在

8、實際決策中，往往包含多種可能的行動方案。反應(yīng)執(zhí)行：信息經(jīng)上述加工后，如果人決定對外界刺激采取某種反應(yīng)活動，這個決策將以指令形式輸送到效應(yīng)器官，支配效應(yīng)器官做出相應(yīng)的動作。效應(yīng)器官是反應(yīng)活動的執(zhí)行機構(gòu)（如手指），反應(yīng)執(zhí)行就是信息輸出的過程。 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.1.3信息加工模型反饋：實質(zhì)上是被動系統(tǒng)對主動系統(tǒng)的反作用。將效應(yīng)器官做出相應(yīng)動作的結(jié)果作為一種新的刺激，反向傳遞給輸入端，即構(gòu)成反饋回路。人借助于反饋信息，加強或者抑制信息的再輸入，從而更為有效地調(diào)節(jié)效應(yīng)器官的活動。注意資源：在人類信息加工模型中，注意作為一種重要的

9、心理努力貫穿信息加工的全過程。注意的重要功能在于對外界大量信息進(jìn)行過濾、篩選，即選擇并跟蹤需要的信息，避開和抑制無關(guān)的信息，使需要的信息在大腦中得到精細(xì)的加工。注意在一定條件下，還可以在同一時間內(nèi)分配給兩種或幾種活動，如汽車司機在開車的過程中，既要注意周圍的動態(tài)，又要注意掌握駕駛等。在現(xiàn)代復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)活動中，只有具備較高的注意分配能力，才能提高工作效率，防止出現(xiàn)差錯和發(fā)生事故。School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.2 人的信息輸入信息輸入，亦即信息的接收，是信息加工的第一階段，各種感受器是接收信息的專門裝置。在信息輸入過程中，信息首

10、先需要經(jīng)過感受器識別。狹義地講，人的信息輸入過程就是信號識別的過程。人的感受器有視、聽、觸、味和嗅覺等多種。其中人類依靠視覺獲得的信息占據(jù)所獲得信息總量的80以上，聽覺信息占信息總量的約10，視覺和聽覺輸入是外界信息輸入人腦最主要的兩種方式。 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.2.1視覺信息的識別和輸入對視覺信息識別和輸入的整個過程目前還不是很清楚，現(xiàn)有的主要理論有模式匹配理論、原型匹配理論和泛魔識別模型。 模式匹配理論認(rèn)為需識別的視覺信息，必須與人腦長時記憶中已有的、完全一致的模式進(jìn)行匹配。原型匹配理論是模式匹配理論的發(fā)展，主張人在長

11、時記憶中存儲的是把從各類圖像中抽象出來的相似性，以之為原型，拿它來檢驗所要識別的圖像。泛魔識別模型是從特征分析的角度來解釋視覺信息的識別。該理論把視覺信息的識別過程分為不同的層次，每一層次都有承擔(dān)不同職責(zé)的特征分析機制，被非常形象地稱為魔鬼（Demon）。它們依次進(jìn)行工作，最終完成對視覺信息的識別。 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.2.2聽覺信息的識別和輸入聽覺系統(tǒng)類似視覺系統(tǒng)，利用以前的經(jīng)驗來識別和接收聽覺信息。 在接收聽覺信息的過程中，聽覺系統(tǒng)把聲音輸入分成三類：噪聲和可以忽略的不重要的聽覺信息；被賦予意義的非語言聽覺信息（如鳥的

12、叫聲）；以及用來組成語言的有意義的聽覺信息。對人類來說，聽覺信息輸入的最重要方面是語言。 “材料驅(qū)動”和“概念驅(qū)動”是言語感知和理解中相輔相成的兩個過程。材料驅(qū)動指的是對言語材料在感知水平上進(jìn)行的加工過程，它是由下而上（從最低的感覺材料開始）的分析過程。概念驅(qū)動是在理解水平上進(jìn)行的加工過程，它是由上而下（從最高的結(jié)構(gòu)概念開始）的分析過程。School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.3 人的信息處理從狹義上講，人的信息處理是指從接收信息到輸出操作之間的過程，主要包括信息的傳遞和感知覺辨識（包括判斷）等，其中包含了人類最復(fù)雜的腦機制。 感知覺的絕對辨

13、認(rèn)能力人的信息傳遞能力 影響信息處理的因素 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.3.1 感知覺的絕對辨認(rèn)能力絕對辨認(rèn)也稱為絕對判斷，它是指當(dāng)單個刺激呈現(xiàn)而沒有與其他刺激作比較的條件下，感覺器官所具有的辨認(rèn)能力。通過測定人的每一種感覺維度的絕對辨認(rèn)能力，可以確定人在每一種感知覺的維度上所能傳遞的最大信息量。右表顯示了人的主要感知覺的絕對辨認(rèn)能力。感知覺刺激維度絕對辨認(rèn)能力（bit/刺激）辨認(rèn)的刺激數(shù)視覺在直線上（在直線度盤上）3.2510點（指針）的位置3.9010顏色（主波長）3.109明度2.305簡單幾何圖形的面積2.202.6056

14、直線的長度2.603.0078 直線傾斜度2.803.30711弧度（其弦不變）1.602.2045聽覺純音強度（音響）2.305純音頻率（音高）2.507味覺食鹽水濃度1.904振動覺（胸）振動強度2.004振動持續(xù)時間2.305振動位置2.807電擊電擊強度1.703電擊持續(xù)時間1.803School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.3.2人的信息傳遞能力信息傳遞能力指人類接收到的信息在人體神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的傳遞速度。視覺器官信息的傳遞能力：每秒鐘可以傳遞的信息量約為109bit。 聽覺器官信息的傳遞能力：人的單耳每秒鐘可以傳遞的信息量約為8000b

15、it。人在實際活動中的信息傳遞能力，不僅取決于感覺器官的信息傳遞能力，而且更多地取決于中樞神經(jīng)和動作反應(yīng)系統(tǒng)的信息傳遞能力，因此，人的實際信息傳遞能力的水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述理論估計的能力的水平。 信息傳遞率：是指人在單位時間內(nèi)從信息接收器所能傳遞至人腦意識的信息量，也稱為人的通道容量，其單位為bit/s。一般認(rèn)為：在典型的實驗條件下，人的信息傳遞率為一常數(shù)約為7bit/s左右。實際上，人的信息傳遞率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于7bit/s，這是因為作用于人的感官的外界刺激往往都是多維度的。 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.3.3 影響信息處理的因素人的信息處

16、理過程受大腦能力的極限和內(nèi)外條件兩個方面影響。大腦信息處理能力的極限對信息處理的影響 大腦皮質(zhì)對連續(xù)接受的各種信息不可能全部確切地進(jìn)行處理。人腦的信息處理能力具備一定限度，在實際中體現(xiàn)為：漏掉了未處理的信息做了錯誤的處理處理延遲信息內(nèi)容處理不全信息處理的質(zhì)量降低使用了規(guī)定以外的處理方法放棄處理School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.3.3 影響信息處理的因素內(nèi)外因素對信息處理能力的影響 大腦依據(jù)記憶積累的經(jīng)驗來確定如何處理新接收的信息和進(jìn)行什么樣的行動。信息處理過程與信息處理者的知識、技能等個人的因素有很大關(guān)系。同時作業(yè)時間、時機以及作業(yè)條件

17、等也有影響。在這些因素的影響下，信息的處理能力變化很大。影響信息處理能力的內(nèi)部因素主要有：覺醒水準(zhǔn)、動力、學(xué)習(xí)（練習(xí)）、經(jīng)驗和疲勞等；外部因素主要有：信息呈現(xiàn)的速度、清晰度、噪音水平、并發(fā)性、感覺維度、信號強度等。 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.4 人的信息輸出在人機系統(tǒng)中，人的信息輸出通常表現(xiàn)為效應(yīng)器官（例如手、足、口、眼）的運動，通俗地講，就是作業(yè)過程。效應(yīng)器官運動的速度和準(zhǔn)確度直接關(guān)系到人機系統(tǒng)的效率和可靠性。在作業(yè)中，人的信息輸出主要表現(xiàn)為：操作運動的輸出言語輸出School of managementXian Jiaoto

18、ng UNIVERSITY6.4.1 操作運動輸出操作運動類型 根據(jù)完成操作的情況，操作運動可分為以下五種： 定位運動重復(fù)運動連續(xù)運動逐次運動靜態(tài)調(diào)整運動 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.4.1 操作運動輸出操作運動的速度 操作運動的速度是衡量人體信息輸出能力的重要指標(biāo)，目前較為常用的方面包括反應(yīng)時間、定位運動和重復(fù)運動的速度。至于連續(xù)運動、逐次運動和靜態(tài)調(diào)整運動的速度等，都可參考反應(yīng)時間等參數(shù)。反應(yīng)時間：簡稱反應(yīng)時，是指自刺激呈現(xiàn)到做出反應(yīng)之間的時間間隔。根據(jù)刺激呈現(xiàn)的多少，反應(yīng)時可分為簡單反應(yīng)時和選擇反應(yīng)時兩種。 簡單反應(yīng)時：當(dāng)單

19、一刺激呈現(xiàn)時，人只需做出一個特定反應(yīng)所需的時間即為簡單反應(yīng)時。選擇反應(yīng)時：當(dāng)兩種或更多種的刺激呈現(xiàn)時，不同的刺激要求做出不同的反應(yīng)所需要的時間即為選擇反應(yīng)時。通常選擇反應(yīng)時間要比簡單反應(yīng)時間長20200ms。School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.4.1 操作運動輸出右圖表示了不同感覺通道的簡單反應(yīng)時。 下表顯示了反應(yīng)時與選擇數(shù)目的關(guān)系可供選擇的反應(yīng)數(shù)目12345678910反應(yīng)時（s）0.20.350.400.450.500.550.600.600.650.65School of managementXian Jiaotong UNIVER

20、SITY6.4.1 操作運動輸出 影響反應(yīng)時的因素主要有： 感覺通道的種類 效應(yīng)器官的特點 刺激的強度和刺激的性質(zhì) 刺激出現(xiàn)時間的不確定性 訓(xùn)練程度 反應(yīng)的復(fù)雜性 個體身心狀態(tài)，如動機、氣質(zhì)、靈活性等 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.4.1 操作運動輸出 定位運動的速度：定位運動時間隨目標(biāo)距離的增加而增加，隨目標(biāo)寬度的增加而縮短。本結(jié)果不僅適用于手的定位運動，而且也適用于腳的定位運動。右圖顯示了手向各方向作定位運動的時間差異。（圖中深色橢圓上的點中心點的距離越近，表示運動時間越短。）School of managementXian J

21、iaotong UNIVERSITY6.4.1 操作運動輸出重復(fù)運動的速度：重復(fù)運動是在速度上有較高要求的一種運動形式。以下2個表顯示了常用的人體重復(fù)運動的參數(shù)。人體各部位動作的最大速度（次/min）動作部位動作的最大速度動作部位動作的最大速度手指204406上臂99344手360431腳300378前臂190392腿330406表6-4 手運動的最大速度運動類別最 大 速 度右手左手旋轉(zhuǎn)（r/s）4.84.0推壓（次/s）6.75.3敲擊（次/s）5148.5School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.4.1 操作運動輸出操作運動的準(zhǔn)確度 盲目

22、定位運動的準(zhǔn)確度：盲目定位運動的準(zhǔn)確度以人的正前方為最高，右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。連續(xù)運動的準(zhǔn)確度：在垂直面和水平面內(nèi)，手臂的前后運動的準(zhǔn)確度明顯低于垂直面內(nèi)上下運動和水平面內(nèi)左右運動的準(zhǔn)確度。 School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY操作運動的準(zhǔn)確度 盲目定位運動的準(zhǔn)確度 盲目定位運動的準(zhǔn)確度以人的正前方為最高；右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。 6.4.1 操作運動輸出School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY連續(xù)運動的準(zhǔn)確度 連續(xù)運動是在運動的全過程中要求準(zhǔn)確控制的運動，但是，

23、由于手臂的顫動，往往使運動偏離設(shè)計的軌跡，從而導(dǎo)致操作運動的準(zhǔn)確度下降。 在垂直面和水平面內(nèi)，手臂的前后運動的準(zhǔn)確度明顯低于垂直面內(nèi)上下運動和水平面內(nèi)左右運動的準(zhǔn)確度。 圖 手臂不同運動方向的顫動對連續(xù)運動準(zhǔn)確度的影響6.4.1 操作運動輸出School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY 操作運動速度越慢，準(zhǔn)確度越高。但當(dāng)速度慢到一定程度后，再以降低速度來提高準(zhǔn)確度已無太大意義。因此，曲線的拐點處（圖中點A），速度-準(zhǔn)確度綜合績效最佳，即在該點處不僅速度較快，而且錯誤較少。該點也因此被稱為最佳工作點。在實際工作中，操作者一般愿將工作點選在最佳工作點靠右

24、側(cè)的某一位置。 圖 速度準(zhǔn)確度操作特性曲線6.4.1 操作運動輸出School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY6.4.1 操作運動輸出手的運動的一般規(guī)律一般右手較左手運動速度快，故稱右手為優(yōu)勢手。右手由左向右運動又比自右向左運動速度快。手朝向身體的運動比離開身體的運動速度快。前后往復(fù)運動比左右往復(fù)運動速度快。從上往下運動比從下往上運動速度快。水平面內(nèi)的運動比垂直面內(nèi)的運動速度快。旋轉(zhuǎn)運動比直線運動速度快，而且順時針運動比逆時針運動速度快。向下按的按鈕比向前按的按鈕操作準(zhǔn)確；水平安裝的旋鈕比垂直安裝的旋鈕操作準(zhǔn)確。手操縱旋鈕、指輪、滑塊的準(zhǔn)確度，以操縱旋鈕為最佳，指輪次之，滑塊最差。圓柱狀手柄，直徑10mm左右的比30mm以上的操作準(zhǔn)確；L形的柄頭比圓形柄頭操作準(zhǔn)確。設(shè)置手臂支撐的手柄操作比無手臂支撐的準(zhǔn)確。School of managementXian Jiaot