第三章劳动负荷：脑力工作负荷与测量.doc

第三章 劳动负荷：脑力工作负荷与测量传统企业考核员工的方式主要基于劳动过程和劳动成果两种，与此相应，传统的工作测量方法是计时制的工作测量法(work measurement system，WMS)和计件制的绩效评定法(performance appraisal system，PAS)。这与当时企业中以体力劳动为主的情况相适用，相关研究在泰勒“科学管理”中已经得到较好的发展。时间和动作研究(统称为工作研究)后来遇到了一个问题，即只能确定体力的手工劳动者(也就是所谓的蓝领工人)的工作时间，而无法研究脑力劳动者(也就是所谓的白领工人)的工作时间。怎样确定白领工人一天合理的工作量是工业工程师面临的一大问题。在传统的工作环境中，人与其所在的物理环境构成了一个人机系统。在这个系统中，人是操作者、控制者，人的许多行动是有形的、手动的。但是随着社会的进步，特别是电子计算机的广泛使用，在人与其所在的物理环境之间加入了一个新的媒体计算机，原来的“人机器”系统变成了“人计算机机器”系统。在这新的系统中，人主要是通过计算机来完成工作的，人是系统中的监控者、决策者，所从事的工作主要是脑力性工作。计算机的普及，使脑力劳动者的队伍空前壮大，确定脑力劳动者一天合理的工作量也具有越来越重要的现实意义。第一节 工作负荷研究概述 科学技术的进步，特别是电子计算机等先进技术的飞速发展，导致生产和办公逐步向自动化和微机化转变，人类社会正在经历一场信息革命或计算机革命。现代人机系统中,人的作用和地位已发生明显的变化，操作人员正逐步从直接控制人员变成监视人员和决策者，大多数传统的体力劳动正逐渐被脑力劳动所代替。整个社会中，体力劳动创造的价值所占的比例己越来越小，而脑力劳动创造的价值所占的比例越来越大，心理工作负荷问题相应地也变得越来越突出。研究与评价工作负荷对于人机系统的负荷设计、避免因负荷不合理而导致的工效下降和预防作业事故具有重要意义。一、工作负荷及其研究意义 （一）工作负荷（work load）的概念工作负荷在人力资源配置研究领域中经常出现，但一直没有一致性的工作负荷定义（Veltman和Gaillard，1996）。例如：工作负荷：指人体在单位时间内承受的工作量，是评价人机系统的一项重要指标。人体在完成特定任务中的最大瞬间力量或在给定时间内可完成工作的量。又叫工作强度或劳动强度。体力工作负荷：指单位时间内人体承受的体力活动工作量。工作量越大，人体承受的体力工作负荷越大。Weiner定义工作负荷为影响工作绩效和作业反应的各种不同压力的衡量；Wickens定义工作负荷是一种工作需求负荷与能力间的关系。所以，工作负荷的轻重是一种工作者本身的知觉感受。国内文献认为是指单位时间内人体承受的工作量，包括体力工作负荷和心理工作负荷两个方面。体力工作负荷主要表现为动态或静态肌肉用力的工作负荷；心理工作负荷则主要表现为监控、决策、期待等不需要明显体力的工作负荷。所谓工作负荷，是指单位时间内人体承受的工作量，包括体力工作负荷和心理工作负荷两个方面。对于上班族来说，合理的工作负荷直接关系到其工作效率。工作负荷体现了工作任务在数量和质量上的共同要求。研究表明，工作负荷与工作倦怠存在高度相关，尤其与情绪衰竭相关度最强。（二）工作负荷的水平从事各类活动时，人体总是需要承受一定大小的工作量。这种工作量的大小如果以单位时间的相对量表示，则称为“工作负荷”，即工作量越大，工作负荷越高。每个人的工作能力都有一定的限度，如果工作量超出了人所能承受的能力，就是超负荷工作，这时人体处于过度的活动水平，常会过早地引起疲劳，或使工作效率下降，甚至出现人身损害。也就是说，人适应工作负荷变化的能力是有限的。当一个人需要进行超出自己适应能力范围的工作活动时，就会产生应激。1 最大可接受工作负荷水平一般情况下，人们把个体在正常环境中连续工作8小时且不发生过度疲劳的最大工作负荷值。在确定最大可接受工作负荷水平时，应考虑人们的个体差异和工作性质。l 一般来说，体力工作负荷以疲劳感、肌肉酸痛感、沉重感等主观体验作为评定手段。l 脑力劳动者的工作负荷则以情绪状况、睡眠质量、脾气好坏作为最直接的指标。 l 如果一个人的工作让自己感到力不从心、情绪低落，或者工作效绩下降、差错或事故发生率增加、个人满意感降低，就得考虑工作是否超负荷了。2工作低负荷合理的工作负荷并非就是任务越少越好。如果人们的工作要求远低于工作能力，不仅工作成果少，而且也会出现工作效率降低、不适感增加以及个人成就感降低等现象，这种现象被称之为“工作低负荷”。 现象：在现实生活中，对于工作低负荷者而言，往往出现莫名其妙的空虚惆怅，常常感觉到自己怀才不遇，觉得人生没有价值。他们不明白自己是因为自身的能力没有得到充分发挥而出现的那些症状。这样的人群，可以考虑调换到更具有挑战性的工作岗位上去，或者寻求些兼职来做，以充分发挥自身的能量。3工作超负荷工作超负荷：人体的工作能力是有一定限度的，当个体所承受的工作活动超过这一限度时，就可能处于高度应激状态，导致事故发生。这种情况叫做工作超负荷。单位时间内的工作量过大称为超负荷。在超负荷情况下容易产生操作忙乱造成差错和事故等。应对不同的工作制定相应的工作负荷标准，以保证操作人员的安全、健康及业绩。对于工作超负荷者，其工作状况往往不是他们自己能够控制的，因为生活或者其他原因也是自己不能轻易舍弃的，这就需要其进行自我心态和自身工作方式的调整。一般来说，有计划、按步骤地工作，能够让你有条不紊、情绪安定，而把体力和脑力工作交替安排，你的工作效率就会大大提高。无论工作超负荷还是工作低负荷，都不利于保持人们的高效率。当体力工作超负荷时，操作效绩不佳，以从事信息工作的人群为例，如果信息呈现速度超出了人的处理能力，就会出现漏失信息或歪曲信号、延迟反应等情况；如果信息呈现的概率很低，较长时间才会出现一种刺激，则信号觉察时间或信号漏报的可能性将大大增加。除此而外，更严重的是容易引起人员损伤等事故；当心理负荷长期处于失衡状态下，很容易患上各种职业病或诱发生理系统功能紊乱。 民航从业人员的工作负荷民航从业人员的工作负荷一直是实际工作人员和科研工作者关注的问题。对民航从业人员的工作负荷的研究比以往更加紧迫。20世纪七八十年代民航从业者的工作负荷成为研究热潮，主要是从人类工效学的角度研究如何改进人机交互界面，重新设计飞行器系统，减少个体的工作负荷，缺乏从更全面的角度讨论工作负荷的原因，以及工作负荷的影响。回顾民航业特殊行业中从业者(飞行员、管制员和机务维修人员)特定的工作负荷及其测量方法，工作负荷引起压力的心理机制，以及过高的工作负荷可能对从业者生理反应和身体健康造成的负面影响，并提出了改善从业者过高工作负荷的措施和方法。应该进一步研究民航从业者的工作负荷与某些组织变量(如人误、离职意向、工作满意感)的关系，这不仅可以帮助保障飞行安全、提高从业者的工作满意度，而且具有理论意义。民航特点：高风险企业具有技术密集、设备繁多、人员众多、组织庞大等特点。从业者要承担更多的各种高强度、高危险性、与财产与生命安全息息相关的工作。随着民航近年来的改革与高速发展，客流量的大幅增加，新机型和新技术的引进，组织重组等，都给民航从业人员带来新的挑战。工作负荷是为满足任务要求而综合的心理和生理努力。包含3个方面：l 任务要求l 人员的努力l 努力的结果对19902003年中国民航152起小于间隔飞行事件的分类统计表明：l 因为机组混淆指令造成的小于间隔的百分比为20.4%，l 因为机组调错高度窗造成的小于间隔所占百分比为15.1%，l 由于机组听错指令和记忆障碍所占百分比均为14.5%。对19801996年间世界发生的279起重大民航运输飞行进近着陆事故的统计分析表明：最常见的5种原因，占事故比率高达71%。l 疏忽/措施不当l 不清楚飞机在空中的位置l 飞行操纵l “蛮干”l 判断力/飞行技术差而且飞机夜间进近着陆的重大事故率大约是白天进近着陆时的3倍。而民航领域的其他研究也证实过高的工作负荷直接影响到人员的工作绩效。据媒体报道，超时飞行、节假日不休息导致飞行员身心俱疲也是上海航空公司、东方航空公司等飞行员不断集体提出辞职申请的一大原因。有代表性的民航职业为对象，探讨其面临的工作负荷及测量方法，以及工作负荷引起压力的心理机制，并回顾工作负荷对其生理上产生的影响。因为其工作内容上的差异，承担的工作负荷性质也不同，而且评估其工作负荷的方法和工具也有差异。l 飞行员l 管制员l 机务维修人员（三）耶基斯-多得森定律（Yerkes-Dodson Law）Yerkes-Dodson法则（Yerkes-Dodson Law）也称叶克斯-多德逊法则、叶杜二氏法则。Yerkes-Dodson法则认为，压力与业绩之间存在着一种倒U型关系，适度的压力水平能够使业绩达到顶峰状态，过小或过大的压力都会使工作效率降低。Yerkes-Dodson法则（叶杜二氏法则）是心理学家叶克斯（R.M Yerkes）与杜德逊（J.D Dodson）经实验研究归纳出的一种法则，用来解释心理压力、工作难度与作业成绩三者之间的关系。他们认为因为动机而产生的心理压力，对作业表现具有促动功能，而其促动功能之大小，将因工作难度与压力高低而异。在简单易为的工作情景下，较高的心理压力之下，将产生较佳的成绩；在复杂困难的情绪扰乱认知性的心理活动所致，凡是复杂困难的工作，在工作程序上必定含有多种因素的交互配合的关系，如果心理压力过高，思考稍有疏忽，就难免忙中出错。简单工作多属重复性的活动，此种活动日久便会形成自动化的连锁功能，至此地步，不须认知思考，若有心理压力存在，不但不致影响自动化功能的进步，反而有可能使自动化的速度提升。 什么是倒U形假说“倒U形假说”亦称“贝克尔境界”，指当一个人处于轻度兴奋时，能把工作做得最好。当一个人一点儿兴奋都没有时，也就没有做好工作的动力了；相应地，当一个人处于极度兴奋时，随之而来的压力可能会使他完不成本该完成的工作。倒U形假说的故事来源耶基斯和多德林是最早研究工作压力和工作业绩之间关系的科学家。在他们早期对老鼠的研究中显示：工作压力与业绩之间存在着一种倒U形关系，这就是著名的“倒U形假说”，也称“耶基斯和多德林法则”。倒U形假说认为：对于处在各种工作状态的人来说，过大或过小的压力都会使工作效率降低，只有最佳的刺激力才能使业绩达到顶峰状态。也就是说，压力较小，工作缺乏挑战性，会使人处于松懈状态，因而工作效率不高；当压力逐渐增大，压力成为一种动力时，它激励人们努力工作，逐步提高工作效率；当压力等于人的最大承受能力时，人的效率达到最大值；但如果压力超过了人的最大承受能力，压力就会成为阻力，效率也随之降低。法国心理学家齐加尼克曾做过一个实验对这个假说进行求证：齐加尼克把自愿受试者分为两组，让他们去完成20项工作。其间，齐加尼克对一组受试者进行干预，使他们无法继续工作而未能完成任务，而对另一组则让他们顺利完成全部工作。实验结果显示：虽然所有受试者接受任务时都显现出一种紧张状态，但顺利完成任务者，紧张状态随之消失；而未能完成任务者，紧张状态持续存在，他们的思绪总是被那些未能完成的工作困扰，心理上的紧张压力难以消失。贝克尔是网球“常胜将军”。英国心理学家罗伯特耶基斯和多德森在观察贝克尔参加的网球比赛时，发现他之所以“常胜”，其秘诀之一即是在比赛中自始至终维持一种半兴奋状态，即“倒U形假说”中的最佳状态。有人称之为“贝克尔境界”。良性的压力会驱使人们工作更加卖力，把事情做得更好。而负面压力或压力过重则会带来不良影响，引起生理和心理上的病症。比如一个人若长期处于压力或过重压力之下，他的身体最终会因无力招架而崩溃。他可能会患上冠状动脉心脏病、高血压等生理疾病，或者抑郁症和焦虑多心理疾病。同时，过重压力还有可能导致个体行为改变，如酗酒或服用镇定剂。倒U形假说在管理中的应用欲使潜能出，当有三分狂。管理者通过激发鼓励，可以调动被激励者的主观能动性，使他们兴奋起来，发挥个人才能的最大效能，从而更迅速、更完满地实现目标。很多管理者清除地知道激励的作用，但在实施方法上却存在不少误区。有人认为，只有巅峰的情绪就是工作的最佳状态，才能让人保持是积极向上的心态，因此必须让员工一直保持巅峰的情绪。实际上这种想法大错特错了。激励必须讲究分寸，也就是说，要适度。但是物极必反，过犹不及，兴奋与过度兴奋不同，当人受到激励后，人如果外表仍然很平静，但内心却充满激情，这就是完成任务的最佳状态；而当人处于极度兴奋的状态时，肾上腺激素大量分泌，随之而来的身心压力，却会使他完不成在正常状态下能够完成的任务。因此，有效激励也就是适度的激励，都必须与目标或任务相关；必须明确的指向对方的行为；必须是即时迅速的；必须使员工了解管理者的感受以及对团队的帮助；必须是真诚的，而且必须与对方的个性相适应。二、生理工作负荷（一）生理工作负荷根据工作性质的不同，工作负荷可区分为生理工作负荷(Physical Workload)和心理工作负荷；(Mantal Workload)两类。体力工作负荷又称生理工作负荷，是指人体单位时间内承受的体力工作量的大小，主要表现为动态或静态肌肉用力的工作负荷。工作量越大，人体承受的体力工作负荷强度越大。人体的工作能力是有一定限度的。 对操作者承受负荷的状况进行准确评定，既能保证工作量，又能防止操作者在最佳工作负荷水平外超负荷工作，是人机系统设计的一项重要任务。生理工作负荷具有以下四个特征：第一，生理工作负荷所产生的效应存在极其显著的个体差异， 第二，个体对生理工作负荷的承受能力受工作类型的影响第三，个体的生理工作负荷承受能力具有随工作持续时间增加而降低的特征第四，工作中采用的姿势和策略对工作负荷的承受能力有显著影响（二）生理工作负荷的测量指标生理工作负荷对耗氧量、肺通气量、心率和肌电图波形等均有明显影响。为了解工作活动的效果，必须对个体的这些条件进行测量：l 对个体各种生理功能或状态的测量：心率、血压、呼吸率、氧耗量、肺通气量、氧负债等和闪光融合频率、诱发皮层电位、体液分析、眼睑运动和肌肉紧张等。l 局部肌肉状况的测量：肌电图。l 脑力活动的测量：窦性心律不齐等。l 主观反应和业绩的测量：l 运动测量：运动的范围、运动期间表现的力量运动强度、持久力、速度和准确度等。l 恢复心率：算公式为心率恢复率=(工作心率一恢复心率)(工作心率一静息心率) （三）生化测评工作负荷水平常用能量代谢率(RMR)和其他生理指标来表示。一般而言，影响能量代谢的四大因素：肌肉活动：这是最显著的因素。人在运动或劳动时耗氧量显著增加。由于机体的耗氧量与肌肉活动强度呈正比，故劳动强度通常用单位时间内机体的产热量来表示。即可把能量代谢率作为评估劳动强度的指标。精神活动：在安静状态下，100克脑组织的耗氧量为3.5ml/min，此值接近安静时肌肉组织耗氧量的20倍。据测定，在睡眠中和在活跃的精神活动情况下，脑组织葡萄糖代谢几乎没有差异，说明脑组织本身代谢活动对能量代谢影响不明显。在激动、愤怒、恐惧及焦虑、思考问题等都可引起能量代谢率升高，可能的原因是紧张时使肌肉紧张性增加；精神活动引起交感神经兴奋，使儿茶酚胺分泌增多及加强代谢活动。环境温度：安静时，在环境温度为2030时能量代谢最稳定。小于20则易引起肌寒颤或肌紧张性增高；大于30体内生物氧化等化学反应增强，这此都使机体能量代谢率增加。个体因素影响：如年龄小年龄大，男女，体表面积大体表面积小等。能量代谢率是工作消耗的能量与基础代谢的比率。根据这个比率可将工作分为（RMR01）最轻工作：坐在椅子上的轻度作业；（RMR12）轻工作：一般事务性工作和轻度体力工作；（RMR24）中度工作：以一般速度进行的不太辛苦的作业；（RMR47）重工作：需要全身肌肉活动的相当辛苦的作业；（RMR7以上）最重工作：如使用大型铁锤那样的重体力劳动。RMR主要表示伴随肌肉活动的劳动强度。在不伴有体力活动的脑力劳动中RMR值就比较低。一般认为，工作负荷既应包括工作消耗的能量，也应包括工作的难度和复杂性。也就是说广义的工作负荷还应包括心理负荷。同样的工作，其能量消耗会因人而异，也随完成工作的方法和操作人员的姿势不同而异。为减轻工作的负担必须采用合理的工作方法和工作姿势。各项工作活动的效果通常与个体的生理条件、主观反应和个体业绩有关。作业方式设计中人机工程学案例分析：肌肉活动电位的测定与作业状况的记录一、问题的提出人机工程学专家对从事铸造业的520名工人进行调查的结果表明，腰痛主诉率为50.2% ，平均两人中有一个感到腰痛，而且症状比其他产业严重。究其原因，多数人腰痛是由于搬运重物和弯腰作业中腰部负荷增加引起的。为了从根本上克服铸造作业中特有的健康障碍腰痛，必须改变传统作业方式。在研究符合人机工程学要求的新概念作业方式代替传统作业方式的过程中，核心问题是人机功能分配的分析和新型夹具、设备的研制。显然，这类作业方式设计中，人机工程学分析成为设计成功与否的关键。 二、传统作业方式缺点分析通过对铸造车间直接观察进行时间研究，并对作业姿势频度分布与作业面高度的关系进行分析，其结果如图2-1所示。 图2-1作业面高度与姿势频度分布关系图中W1- W6表示不同机件的造型作业；W7为模拟作业。14分别表示立姿、前屈、蹲姿、其他姿势。由图可见，作业面愈低，前屈和蹲姿的发生频度愈高。如果使用作业台，则立姿频度增大。如果作业台面的高度可以自由调节，会有90% 以上的作业人员采取立姿。分析结论表明，如果高度可以选择，就可以避免前屈和蹲姿作业姿势造成操作者的腰痛职业病。从传统作业方式分析结果所获得的启示，再依据人机工程学设计原则，确定新的作业方式设计指导思想应该是：在铸造作业时，将人喜欢的，而且需要熟练技巧的工作留给人干；将人不喜欢的、需要付出重体力劳动的前屈和蹲姿等动作让机器去完成。在选择作业姿势时，不能将作业人员的标准姿势限制太死，而应该在作业过程中，让作业人员自己选择舒适的作业姿势。按照确定的设计指导思想，对人和机械进行功能分配。经过室内模拟作业试验，概念设计、模型制作、现场作业人员的意见调查等，确定新的作业方式，并在最终阶段由现场作业人员进行试用评价试验，使新开发的作业方法可以从根本上改变作业负荷而不损害作业效果。图2-2是新的作业方式研究开发过程，在整个开发过程中，对每一个关键问题，都采用人机工程学、机械工程学和企业管理学的评价标准，从多个侧面加以探讨。围绕着使概念设计具体化的模型，在工业设计师、现场作业人员、技术人员、管理人员、制造厂商技术人员、制造厂商经营人员和人机工程学者共同研究的基础上，并征求全体作业人员的意见，最终才开发出具有实用价值的作业方法。三、造型夹具的研制思路要实现新的作业方式，必须采用与该作业方法相适应的工具或设备。为此，对防止作业人员腰痛的造型夹具进行了研制，其研制过程可参见图2-2。所研制的造型夹具由台面、臂和爪三部分构成。夹具的作业面高度由液压机构控制，台面用手可以轻轻拨动使其回转，臂由可在三维空间自由伸缩的伺服机构驱动，爪可抓住铸件翻转。台面的升降速度、臂和爪的伸缩和开闭速度可根据作业人员的要求进行自由调节，这样可以得到满意的作业速度和节奏，减轻心理负荷。夹具动作也并非全由液压操纵，台面的转动和臂的水平移动还由人工操纵，让操作人员适当使用体力可以防止单调感。四、新的作业方式评价用新试制的造型翻转夹具进行生产现场试验，对造型夹具作业和地面作业进行比较，并对造型夹具减轻作业负荷的效果进行评价。将作业姿势的频度、持续时间的测定和腰及下肢的主要肌肉活动电位的测定与作业状况的记录同时进行，其结果如图2-3所示。图（a）为造型作业，图（b）为加工作业。图2-3作业方式与姿势频度对比 在评价中，规定从直立到前倾30。都称为“立姿”，倾斜30。以上称为“前屈”。对造型作业和加工作业所共同的地面作业独特负荷的主要因子作了比较。由图2-3可见，对于新的作业方式，占2540的作业频度高、且持续达605以上的长时间蹲姿完全没有了；而持续时间在205以上的短时间立姿和前屈则增加了。在加工作业中，大型铸造车间还可以利用夹具升降、旋转等调节功能，使作业人员获得持续时间达78min 的坐姿，对这一改进，作业人员十分满意。图2-4是在两种作业方式时操作者腰、腿肌电图的对比分析。由图可见，操作者在作业时，从腰和下肢的表面电极导出肌电图（EMG）的振幅在新旧方式中显著不同。图2-4作业者肌电图分析在造型作业和翻转作业两个方面都表明夹具作业方式时肌肉收缩程度小。特别是翻转作业，如果由人力来翻转100kg以上的铸件，由地面上搬起再翻转落地时，肌肉会产生激烈的静态收缩，肌肉活动达到了最大程度。如果采用夹具，用液压力代替人的体力，只会在欺按钮时产生轻微的肌内收缩，大大减轻了作业负荷。但是，在作业中，如果使用夹具，作业人员必须采取立姿，这样增加了下肢的负担。但立姿作业可自由变换作业位置和姿势，避免了作业负荷的累积。从不同的角度对新的作业方式评价结果表明，新的作业方式除了减轻作业负荷，从根本上克服了铸造作业中特有的职业病腰痛外，在作业过程中还省去吊车等辅助设备，省去了不必要的作业程序，提高了作业效率。所以，新的作业方式达到了人机工程学研究预期的目标。第二节 认知工作负荷一、认知负荷及三个成分心理负荷(Mentalworkload)是指单位时间内人脑承受的心理活动的工作量。主要表现为认知、思维、判断、情绪、监控、决策、期待等不需要明显体力的工作负荷。心理负荷包括信息加工负荷和情绪负荷两方面。心理负荷的概念中包括个体加工信息的速率，即决策的速率和决策的难度，也包括个体所体验到的应激和紧张的主观感觉。由于情绪负荷与疲劳、酒精中毒等因素一样，都是通过一些认知操作间接引起，因此心理负荷主要指的是信息加工负荷，即认知负荷。认知负荷是指针对某一特定认知任务，工作记忆系统对其进行加工和保持信息过程中所承受的负荷总量。认知负荷包括三个基本成分：内在(intrinsic)认知负荷、外在(extraneous)认知负荷和有效(effective)认知负荷。1内在认知负荷：(以下简称内在负荷)是指工作记忆对认知任务本身所包含的信息元素(如概念、规则的基本成分)的数量及其交互性进行认知加工活动所产生的负荷。内在负荷源于认知任务本身。工作记忆在加工认知任务所包含的信息时，一般需要对所有元素以及元素间的交互作用同时加工，才能整体理解认知任务，若有元素或其交互性不能同时被加工，则会对认知任务产生片面理解。认知任务所包含的信息元素太多，而且元素间的交互性很强，即任务难度很大，那么工作记忆就很难启动认知加工。因此，内在负荷从某种意义上反映了任务的复杂性或难度，任务难度越大，对工作记忆施加的内在负荷越大。认知任务的复杂性与学习者的知识经验密切相关。同一认知任务,对不同的学习者会产生不同的内在负荷。譬如，数学认知任务常常具有较高的内在负荷，一般被认为是难以理解的。如解决3x/4-5=1这个方程,就需要移项、去分母、约分等基本元素，这些基本元素既联系又交互，信息结构比较复杂。如果学习者长时记忆中没有相关图式，工作记忆加工时承受负荷较高；如果学习者长时记忆中有相关或自动化的图式，就可以将移项、去分母、约分等步骤压缩为一个操作，这样工作记忆提取容易，承受负荷较低。2外在认知负荷外在认知负荷(简称外在负荷)是指由于不恰当的作业设计导致与认知加工过程(如图式建构或自动化)没有直接关联的活动,而施加给工作记忆的负荷。无效负荷主要源于认知任务的设计和呈现不当、与实际作业无关的活动。因为这些不良的作业设计导致了对实质性的认知没有帮助的活动,即导致工作记忆产生不必要的认知操作,从而工作记忆需要承受一定负荷。因此,外在负荷也称为无效负荷。3有效认知负荷有效认知负荷(简称有效负荷)是指工作记忆对认知任务进行实质性认知操作而承受的负荷。实质性认知操作是指形成图式建构与图式自动化的活动或与形成图式建构与图式自动化密切相关的活动，外在表现为有意义的认知过程与结果。因此,有效认知负荷也叫密切关联(germane)的认知负荷。很明显，有效负荷主要源于劳动者本身对认知任务的有效认知。譬如，对学习材料进行自我解释可能会生成有效负荷。由于内在负荷、外在负荷和有效认知具有可加性，且三者之和不超过工作记忆的总负荷，所以，对某次认知任务而言，如果要获得高效的认知，那么对该认知任务的作业设计必须有效管理三种认知负荷，使劳动者所承受的三种负荷之和不超过其工作记忆的总负荷，否则会产生较低的认知效率。二、工作负荷理论认知负荷这一术语早在70年代就有人使用,而对其进行实验建构者是澳大利亚心理学家Sweller。该理论主要吸收和应用了认知心理学关于记忆和注意的研究成果。认知负荷理论习惯上把注意称为“认知资源(cognitive resource)”，把短时记忆称为“认知容量(cognitive capacity)”。它的中心思想可概括为在意识控制下的信息加工过程中认知资源与认知容量之间的高度协调和互助作用。虽然短时记忆或工作记忆与注意是两个不同的概念,但它们在控制性加工过程中是一种共性关系：当集中注意对某些信息进行深度精细加工时,短时记忆里的目标信息相应减少,而短时记忆里信息超载,其实也是注意分配不足的问题。（一）记忆的研究基于人类认知的信息加工理论,该理论有三个基本假设:1.短时记忆在接收、保持、加工信息的过程中有特定的容量限制。如果短时记忆容量超载,加工的信息就要受到一定的影响或使之不可能。2.长时记忆系统具有无限的贮存容量。人类认知结构由工作记忆系统与长时记忆系统构成。工作记忆系统的重要特点是同时加工新信息的容量非常有限，而且保持信息的时间短暂。这来自Baddeley早期的工作记忆模型假设。相比工作记忆系统，人类长时记忆系统是对工作记忆系统加工过的信息赋予意义和贮存的心理结构。绝大多数认知心理学家认为长时记忆系统具有无限的贮存容量，而且能够永久地保持来自工作记忆系统加工过的信息。3.工作记忆处理图式的能力是无限的。贮存在长时记忆中的信息有各种各样的编码类型，如果编码是图式，那么工作记忆加工信息所承受的负荷较低。根据图式理论，图式被看作是专家所拥有的复杂记忆结构，是由许多信息元素编码而成的组块或丰富意义的信息单元。工作记忆加工新信息时，需要对新信息进行编码，需要从长时记忆中搜索并提取与新信息相关的信息。工作记忆加工信息的方式包括有意识的和自动化的两种。有意识的加工会占用工作记忆许多资源，而自动化处理基本上不受意识所监控，占用工作记忆极少的资源。图式作为信息组块或丰富的信息单元容易被工作记忆搜索和提取，这样工作记忆的承受负荷就较低。如果图式被反复应用，结果形成自动化。自动化的图式更利于工作记忆提取，这时工作记忆就可以富余较多资源而加工其他信息。从某种意义上说，自动化的图式成了工作记忆的中央控制，无需工作记忆提取，直接驱动行为，也就是说工作记忆处理图式的能力是无限的。专家与新手的根本区别在于专家的认知是图式驱动，而新手的认知则基于知识与技能的数目驱动。因此，新手发展为专家，必然经历图式建构与自动化。（二）注意的研究而关于注意的研究表明，人们在进行控制性加工时，它是能够用于执行任务的数量、有限的能量(energy)和资源(resarce)。1注意的瓶颈问题过滤器理论：认为人们难以同时注意一个以上的信息，没有被注意的信息很难被保持，这与不少事实相符，因此即使在目前它仍然具有较大的影响力。但是，该理论不能解释所有实验事实。过滤衰减理论：认为在早期阶段信息并没有被完拿过滤掉，而是依据注意程度的差异表现不同程度的衰减。人们在同一瞬间只能很好地进行一种心理活动，其它心理活动或次要任务不可能很好地完成，多项任务只能分时进行。这不仅是对双重任务或复合作业，单一任务的心理操作也存在着资源的分配问题，如解决某一问题从初始状态到目标状态有子目标，算子的选择，子目标与子目标的联系等等。随着作业要求的增加，完成作业活动所需要的资源量也相应增加。当任务难度增加或多个任务产生资源竞争而导致资源短缺时，系统的总绩效将下降。2单资源模型单资源模型由凯纳曼(N Kahneman)等人1973年提出。它基于这样的一些事实：两个(或多个)作业的难度越大。注意分配的效率通常越低。这称为“难度效应”现象。单资源模型认为，注意是人类可用于各种作业和过程的容量有限的通用资源。有效注意资源的数量随唤醒水平和作业要求的变化向波动。只要注意资源要求没有超过有效资源容量，多任务的操作并不困难。凯纳曼认为：1. 作为信息加工主体的人类，存在着一组无差别的心理资源。2. 在从事任何活动时，都在某种程度上调用这种资源。3. 活动难度或活动数量的增加都将提高心理资源的投入量。4. 人的这种资源是有限的，一旦工作需求增加的程度超出了资源供应的限度，便出现了“需求供应”之间的脱节，导致工作效率下降。3多资源模型多资源模型认为人类拥有多种不同的资源类型，这些资源均具有有限、功用等性质。根据多资源理论，在同时进行多项工作时，依据工作性质的差异，这些工作可能利用相同的资源，也可能利用不同的资源。三维度资源系统(Three Dimensional System of Rcsources)Wickens提出了多资源理论。威肯斯在1980年提出，具有代表性。他认为，注意资源从三个相当简单的维度进行划分：输入通道、加工阶段以及加工输出方式。Wickens认为，人类拥有许多种不同的资源，各种资源间出现分配的情况是多样的，资源可用三种相当简单的维度来分类：l 输入通道：分为视觉通道听觉通道l 加工阶段：分为知觉编码中枢加工输出阶段l 加工码：加工输出方式：分为空间加工手动输出言语加工声音输出注意具有不同的类型。不同类型的注意对个体操作特定工作所需要的心理努力(注意资源或心理资源)是不同的，而心理努力程度又与心理工作负荷密切相关。扬斯(DWJahns)的心理工作负荷模型 扬斯认为，作业者工作负荷由功能上相互关联的三个部分组成，即l 输入负荷l 作业者努力l 作业绩效输入负荷涉及作业者外部的因素，包括环境、设计情境和程序；作业者努力则涉及作业者内部的特点或变量。 谢里登(TBSheridan)的心理工作负荷模型谢里登从“控制”的角度对心理负荷加以解释。他认为，工作负荷来源于六个方面，即l 任务要求l 绩效标准l 对作业者的信息加工要求l 对作业者的能耗要求l 对作业者的情绪压力l 系统总绩效任务要求和绩效标准是预定的，它们独立于作业者本人，系统总绩效与其余五个方面均有关，因此只有信息加工要求、能耗要求和情绪压力才与工作负荷有关。谢里登进一步认为，能量负荷与体力负荷的联系更密切，真正属于心理工作负荷范畴的仅为信息加工负荷和情绪负荷。剩余资源剩余资源是资源容量与资源需求量的差异，剩余资源是产生心理工作负荷的内在机制，即剩余资源的数量决定了心理上作负荷的大小。可以把脑力负荷定义为测量人的信息处理系统的一个指标，与人的闲置未用的信息处理能力成反比。脑力负荷与人的闲置未用的信息处理能力之和就是我们的信息处理能力，人的闲置未用信息处理能力越大，脑力负荷就越低，人的闲置未用的信息能力越小，则脑力负荷越大。人的闲置未用的信息处理系统与人的信息处理能力，工作任务对人的要求，人工作时的努力程度等有关。l 当作业要求低于工作能力(资源容量)时，作业绩效基本维持在较好的水平上，心理工作负荷的大小与剩余资源(剩余工作能力)成反比；l 当工作要求高于工作能力时，随着作业要求的进一步提高，作业绩效显著恶化，心理工作负荷与作业绩效成反比。这一关系对于心理工作负荷的测譬与评价具有十分重要的意义。第三节 脑力工作负荷测量在现代的人机系统中，人的作用发生了根本性的转变，人从系统的操作者和控制者变成了监控者和决策者，人从手工劳动者变成了脑力劳动者。因此在系统设计中,研究人的脑力负荷问题具有越来越重要的现实意义，因为过高的脑力负荷将影响到系统中操作人员的业绩，进而影响到系统功能的充分发挥。一、脑力工作负荷的含义（一）脑力劳动(mental work) 的脑力负荷(mental workload)脑力劳动(Mental work)是相对于体力劳动提出的，脑力劳动者更多地称为白领工人(White collar workers)。脑力劳动是通过大脑这个信息加工系统对外界环境输入的信息和来自内部记忆的信息进行一系列加工的一种劳动形式。脑力劳动判断的标准主要是通过脑力负荷(Mental workload，MWL)来衡量。从加工水平、过程和方式等不同角度，我们可以对脑内信息加工的种类和性质进行不同分类。1深加工与浅加工根据信息加工水平，脑力劳动可以大致区分为深加工与浅加工，其中信息的深加工在脑内产生较强的记忆痕迹，信息的浅加工在脑内产生较弱的记忆痕迹。2串行加工和并行加工根据信息加工方式，脑力劳动可以区分为串行加工和并行加工两种，其中脑内串行加工方式是在同一时刻只有一个项目在加工，脑内并行加工方式是同时有多个项目通过多条并行通路传递和加工。3自动型与受控型根据信息加工过程，将脑力劳动分为自动型与受控型两种模式。其中自动型工作速度快，无意识，因此无需资源和注意；受控型要求记忆中的信息保留，要资源和注意。4事务型和决策型由不同脑力劳动的性质，我们可以将脑力劳动者划分为事务型和决策型两种。事务型工作者的脑力劳动占用的脑力资源相对少，通常以并行的方式对信息自动地浅加工，而决策型工作者的脑力劳动占用的脑力资源相对多，通常以串行的方式对信息受控地深加工。这种区分有助于我们对不同劳动者的工作采取更有针对性的测量方法。为明确脑力劳动的含义，可以进一步将它与脑力负荷比较。脑力负荷是与体力负荷相对应的一个术语，英文术语是mental workload，也可称为心理负荷、精神负荷、脑负荷、脑力负担等；表示人在工作中的心理压力。脑力负荷不仅与任务有关，也与个体有关，个体能力、工作动机、工作策略、工作情绪以及工作者的状态等都是影响脑力负荷的因素。近年来，也有人将脑力负荷定义为运用于任务表现的信息处理能力量的规模，将二者的含义同化，因而，脑力负荷的测量方法和原理在某些方面可以为脑力劳动的测量提供借鉴。尽管脑力负荷是一个多维的概念，但一般认为，它是完成工作需要占用的资源(required resources)和可以运用的总体资源(totalre-sources)之间的比值，即RR/TR。很明显，它可以用来衡量脑力劳动的效率。两者相比，脑力负荷是一个相对值，便于纵向做个人比较；脑力工作是一个绝对值，便于横向做群体比较，二者同为脑力工作测量的重要指标。也有学者将二者含义同化，目前对脑力负荷有两种认识：一是建立在人环境适应模式下的需求资源交互作用方式，脑力负荷就任务需求而言是作业人员必须应对的外在独立的变量；另一种是在建立职业心理学和人体工效学的任务需求和个人能力或应对资源相互作用理论上提出的。国际上有关脑力负荷的研究早在20世纪60 年代，就已经有人使用次任务和主观度量法来研究人在脑力任务中的负荷。脑力负荷最初是被用来作为与体力负荷相对应的一个术语,用来形容人在工作中的心理压力或信息处理能力，它涉及到工作要求、时间压力、操作者的能力及努力程度、行为表现和其它许多因素。从20世纪70年代至今30多年时间里,是有关脑力负荷的研究发展较快并在实践中大量应用的时期。有关研究集中在对脑力负荷的度量上，这是因为如何对脑力负荷进行客观、准确、高效的度量,是提高脑力工作效率、降低失误的基础。在20世纪80年代，脑力负荷的度量已经形成了较为完备的方法体系，包含主任务度量法、次任务度量法、生理度量法以及主观度量(也称自我评定度量) 法4 类方法。但是，脑力负荷的度量方法体系在1995年之前就有近50年的发展历史，已经较为完备,因此很难在短短的10多年时间里再有大的突破，这一点在主观度量法上表现最为明显。脑力负荷的度量属于人因工程的研究范畴，横跨心理学、生理学、工程技术等诸多学科，其发展受到其他学科发展速度的制约；而且很多新技术应用到脑力负荷的度量上来具有时间的滞后性。从4类度量方法所涉及的文献来看主观度量法所占的分量最多，其次为生理度量法,而主任务度量法和次任务度量法所占的分量较小，发展缓慢。出现这种情况的原因在于，跟其他3类方法相比,主观度量法是目前公认最有效、最简洁的一种度量方法，因此其在学术研究和实践应用中涉及最多；生理度量法依托于计算机、电子、生物等技术的迅猛发展而发展，从而派生出大量更精确、更细致的研究思路、方法和结论。二、基于时间的脑力劳动的测量模型如前所述,脑力劳动实际上是个信息处理的过程,而众多研究提出了不同的模型对此加以描述,其中典型的有容量理论(capacity theory),结构理论(structure theory)和资源理论(resources theory)。容量理论将计算处理(computational process)和能量机制(energetic mechanism)相联系,认为计算处理贯穿于信息处理各个阶段,能量机制则有助于促进计算处理,同时依赖于个体的身体和脑力状态5。结构理论偏重于信号(信息的载体)处理的前期数据采集阶段,从信号输入通道出发,提出过滤模型假说、单通道假说、瓶颈假说和多通道假说。资源理论则认为,人类拥有一些有限、可分和无差异的资源,任何信息加工活动都需要使用这些资源,而信息处理就是对资源分配的过程。资源理论重在信号的后期处理,从处理信号的资源出发提出单资源假说和多资源假说。此外，Hockey在状态管理理论中提出,中央执行机制将当前认知状态与所需目标状态相比较,如果二者存在不匹配,那么“努力”(即,补偿性资源的能量结构将把当前状态调整到目标状态。以上原理和模型从不同角度和层次探讨了脑内信息加工机制,但还无法直接应用到脑力劳动进行量化分析。基于时间的工作测量模型，其基本思想是：信息处理过程分为输入加工输出三阶段，假设不同阶段在时间分配上存在一定比例关系，那么脑力劳动测量问题就可以基本解决。因为，目前信息输入和信息输出的研究已经基本解决这两个阶段工作时间的测量，如美国学者Card等人在MHP模型中提出的人从事各种活动需要的时间，廖建桥等对中文信息交流的速度进行了测量。因此，信息加工时间可以得到初步估算。工作测量模型设立了如下假设条件：假设1：脑内信息处理过程是分三阶段进行。大量的信息加工理论认为脑内信息处理过程是分阶段进行,只不过在具体划分上有各自的观点。如Sanders认为该过程至少有四个可以识别的阶段:刺激的预处理,特征的释放,响应的选择和响应的调整。本文从工作是否可测的角度将信息处理过程分成三个阶段,其中信息输入和输出可以直接观测,而加工阶段在目前研究水平上仍没有实质性突破,因此无法直接测量。假设2：三阶段的信息处理在时间比例上符合“帕累托原则”。国际上有一条公认的“帕累托原则”(Pareto Principle),其要旨在于“关键的少数次要的多数”(vital fewand trivial many rule),即,80%的结果归结于20%的起因。受该原则启发,我们假设信息加工时间与其他两个阶段的时间大致比例为1:4，即，脑力劳动者大部分时间，如80%，用在信息接收和信息输出,真正用于信息加工(如思考和决策等)的时间很少。例如,许多企业的高层管理在开会、听汇报、看文件,甚至接待客人等占用了绝大部分时间,而基层人员则在电话、请示和学习文件等方面占用大部分时间。假设3:延迟效应对三阶段时间比例不产生重要影响。在阶段之间有时存在生理不应期，即，刺激因素可以存储和延迟，因此，反应往往不是即时刺激的直接反应。但是在大部分工作中，这种延迟时间并不占据主要地位。模型中这种延迟时间将计入各阶段的工作时间中。设工作完成时间为T,信息输入时间为ti,信息加工时间为tp,信息输出时间为to,信息加工时间与信息输入和输出时间之和的比例系数为a,则以上测量模型的数学公式可以表示为:T=ti+tp+to(1)tp= a(ti+to) (2)如果从处理时间(T)和阶段(S)两个维度描述,该模型可以用图1表示,其中各阶段中分配的时间按正态分布。三、脑力负荷的测量方法近年来，飞机座舱尤其是座舱的人机界面的设计在不断变化，飞行自动化程度也越来越高，所面临的信息加工要求越来越严格，使得脑力负荷越来越大。尤其是第四代战斗机，当需要成功完成任务使命时，工作负荷经常超过飞行员认知的能力。因此脑力负荷的测量也就显得越来越重要。脑力负荷测量的目的主要有两个：1)设计和评价系统以确保提供的信息不使操作员超载；2)当操作员操作繁忙时，使系统尽量减少作用于操作员的脑力负荷。通常采取的负荷评价技术有任务操作测量、生理测量和主观评定。（一）任务操作测量方法这种技术反应了操作者在模拟的或真实操作环境中执行任务的能力。按操作任务类型有主任务操作方法和次任务操作方法。1主任务操作方法主任务操作方法（主任务测量技术）是通过对操作者在工作中的表现结果来推算这一工作强加于操作者的脑力负荷，直接考察操作者或整个系统的绩效，通过对主任务绩效的测量来评估驾驶员的脑力负荷。主任务度量法这种方法的假设前提是脑力负荷增加会占用更多有限的脑力资源，反映在主任务绩效上就是效率降低、失误率升高。其理论基础是：随着脑力负荷的增加,由于信息处理所需要的脑力资源也要增加，导致任务绩效质量的改变。也就是说，当任务难度增加时，需要更多的资源处理信息，于是绩效降低。主任务绩效测定的主要任务包括作业准确性、反应时、漏失率和错误率等。如空间追踪均方根误差、短时记忆时间、正确率视觉搜索时间、正确率逻辑推理时间、正确率数字计算时间、正确率空间旋转认知时间、正确率拼图时间、出错次数(模拟)驾驶时间速度、出错次数走迷宫时间、出错次数镜画任务时间出错次数等。脑力劳动的最大特征是它是一个信息处理