美军标882e翻译

1、摘要：计算机硬件技术的发展和软件可以实现几乎人机系统的各个方面的自动化。鉴 于这些技术的能力，是否应该使系统的功能是自动的，到什么程度，是一个值得考虑的问题。我们为设计自动化类型和层次的模型提供了一个框架，并提供这样的选择的客观依据。自动化的适当选择是很重要的，然而自动化不只是取代而是改变人类的活动，对操作人员进行新的协调提出了要求。可以应用于功能的自动化四大类：1）信息采集；2）信息分析；3）决策和行动选择；4）措施的实施。在每个这些类型，一个从低到高连续的自动化水平可以应 用，即，从全手动到全自动。一个特定的系统可以包括在不同的自动化水平所有四种类型。 对于特定的自动化类型的系统，设计自动

2、化水平的最主要评估标准就是人类绩效结果。次要的评估标准包括自动化的可靠性和决策/行动后果的成本。文章最后的例子采用本文提供的模型进行了自动化设计。II.自动化机，尤其是电脑，现在能够进行许多在之前只能由人类执行的功能。机器执行这样的功能一一自动化一一也得到了扩展的功能，包括人类不希望执行， 或不能像可靠的机那样准确执行的任务。在自动化系统发展中的技术问题一一有特定功能的自动化，和相关的传感器的特性，控制，和软件一一非常值得关注。考虑到许多这种系统设计的复杂性和灵活性，这也并不奇怪（例如，一架大型喷气式飞机自动着陆，或对接的两飞船）。自动化可以提供经济 效益，这一点同样也使得公众更加关注自动化的

3、技术能力。相反，在自动化的大量技术文献， 有一个小但日益增长的研究热点检查包含在自动化系 统中的人的能力。这项工作已经清楚地表明自动化不简单地取代人类的活动而是改变这些活 动，常以一种出乎意料的方式有自动化的设计者进行，并对操作人员提出新的协调要求。然而，直到最近，这些研究结果没有太多的工程和设计的知名度和影响力。人类绩效问题的研究尤其重要，因为考虑到如今没有什么不能被自动化，现代技术能力迫使系统设计者考虑的一些艰难的选择一一将什么功能自动化和到什么程度。在本文中，我们提出一个模型为自动化类型和水平的选择提供一个框架作为作出这样的选择的客观基础。我们的方法在理念以人为中心的自动化”指导下，并通

4、过自动化空中交通管制进行分析。首先从自动化的定义开始：牛津英语词典在1989年定义自动化为：1通过连续的阶段自动的控制产品的生产；2将自动控制应用到工业和科学的任何一个分支；3通过扩展，电子或机械装置的使用代替人类劳动。这一词的本来的使用意味着自动控制（自动有许多替代定义表明自反行动，自发的，和外界的独立）。自动控制可以是开环和闭环， 并且可以采用电子以及机械作用。自动化不仅 仅是现代化的技术创新。 例如，更新计算机到一个更强大系统不一定是自动化的，同样用光纤电缆替代也是如此。目前的本文关注的是自动化系统中人的绩效。因此我们使用一个定义，强调人机比较，定义自动化为一个设备或系统能够完成（部分或

5、全部）的一种功能，这种功能在此前由一个操作员（或者可以令人信服的）进行（部分或全部）。III.自动化类型和水平模型在我们的定义中，自动化指的是此前有人完成的功能部分或者全部的被替代。 这意味着自动化不是全部或者没有，而是在连续区间内可以变化的，从最低水平的全部由人完成功能，到最高水平的自动化。几个介于最高和最低这两个极端的 自动化水平被提出。在此前被踢出的模式中，自动化被分为1-10,如表1更高水平的自动化意味着计算机对人行动更高的自主性。例如，在低水平2,提供给人类的是几个选项，但系统没有进一步说明最终决定是哪个。在水平 4,计算机显示一个决策6,系统在选择之前给人一定有限的时间方案，但人保

6、留最终决策权。在一个更高的水平的 的否决权进行决策。表1自动化水平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.自动系统可以是在这连续水平中的特定水平。例如，通知飞机有其他飞机与之有路径并提供解决方案的检测与分析系统间可能存在冲突，因而可以设定自动化水平为4。在6级或更高，系统会自动执行它自己的分析结果，除非控制器干预。在我们提出的模型中，我们将表1扩展使之涵盖在人机系统中的不同类型功能的自动化。表1主要指的是决策和动作的自动化选择，或可以说是一个系统的输出功能。然而， 自动化也可用于输入功能，即，决策和行动之前的功能。在扩展的模型中，我们采用了人类处理信息的简化的四个阶段理论（见图1）。图1人类处理信息的简化四阶段模型第一阶段是指采集和登记多个信

9、息来源。这一阶段包括定位定向的感官受体，感觉处理，全面感知的现有数据的初始预处理，并选择注意。第二阶段是有意识的感知，和操作的处理和在工作记忆中检索的信息。 这一阶段还包括认知操作如排练，整合和推理，但这些操作发生在决策点之前。第三阶段是基于这样的认知加工，作出决策。第四和最后阶段涉及反应的实现或行动一致的决策选择。这四个阶段几乎肯定是一个粗略的人类信息加工的简化模型。大多数任务的性能存在相互依存的阶段，它们在处理操作时暂时重叠。这个阶段也可以认为是感知行动”循环16 ,而不是严格协调起来的从刺激到反应的串行序列。我们的目标不是辩论人类认知系统的理论结构，而是提出一种结构，在实践中可用。在这方

10、面，图 1所示的概念提供了一个简单的 开始，并对自动化设计的应用有深远影响。类似的概念模型已被发现在推导的人为因素时是有用的。人类信息加工的四阶段模型在系统中拥有可以自动的对应的系统功能，。因此，我们认为自动化可以应用于四类功能：1）信息采集；2）信息分析；3）决策和行动的选择；4）行动的执行。这些功能可以有程度不同，或多层次的自动化。表 1的自动化多层次决策可以修改后 被应用，其同样适用于对信息获取，信息分析和行动的实施阶段，尽管水平的等级数目在不 同阶段之间存在差异。图 2提供了自动化的类型和层次模型示意图。为方便起见，我们指 的是自动化采集，分析，决策和行动的类型。我们也偶尔提及联合采集

11、与分析信息自动化。自动化系统可以包含在不同的水平所有特定的四个维度。因此，例如，给定的系统（A）设计中可以有一个高采集自动化， 低的分析决策的自动化和低动作的自动化。 一个系统（B）, 另一方面，可能在所有四个维度有高水平的自动化。图2系统信息处理过程功能的自动化水平InformatimiAcquisitionAutomationLevelInformationAnalysisAutomationLevelDetistonSelectionAutomationLevelActionImplementationAutomationLevelHighHighHighHighIV自动化设计的框架我们

12、提出的模型提供了对于解决特定的系统自动化设计问题一个框架。如何才能使用该框架？我们提出了一系列的步骤和迭代程序显示在一个流程图中（见图3）。第一步是意识到自动化并不是完全的或完全不是的，而是可以设定不同类型的。我们可以思考是否要将自动化应用于信息采集，信息分析，决策选择，或实施。自动化的一个类的功能（例如，信息 分析），不同的组合功能，或者所有四个功能域，可以被考虑。在随后的设计阶段，人们会问，什么级别的自动化应在各功能领域中应用。对于此可能没有简单的答案，很可能需要权衡预期的效益与成本之间。然而，我们提出的四维模型可以提供一个指导框架。如图 3所示，对于每种类型自动化的水平可以具体考虑。我们

13、建议任 何特定的自动化水平应通过考察对相关的人类效能的影响进行评估。这构成了自动化水平的初步评估标准。然而，人的表现并不是唯一重要的因子。二级评价标准包括自动化可靠性和成本决策/行动结果。这些也适用于对特定自动化水平的可行性和适宜性的评估。我们设想 中的应用这些标准和评估组成递归过程（见图3）,可以用一个迭代的设计过程的一部分。我们强调，然而，该模型不应被视为一个静态的方程或一个指定特定类型或级别自动化的惯 例。相反，当结合我们所描述的主要和次要的评估标准，该模型可以提供原则性的自动化设计指南。图3自动化水平设计流程图我们提供以下的例子， 通过考虑这些评估标准， 介绍了四个类型或阶段自动化的自

14、动化 水平。这样的建议参考相应的自动化上限，即最高水平，但不一定是所要求的水平。换句话说，我们建议自动化可以被设计为特定的高水平，但不需要进一步的提高。 但设计者如果有必要可以选择一个低于这个上限的自动化水平，尤其是在考虑其他异于我们讨论的标准评价 之后（例如，系统易于集成，或成本）。最低水平的自动化水平约束也可以采用相同的评估 标准确定。可接受的系统性能可能需要一个确定的最小的自动化水平。A. 人类效能结果：自动化的主要评估标准研究表明自动化对人类效能既有好的也会有坏的影响，在此我们主要考虑以下四中人类效能：心理工作负荷；环境敏感能力；自满；技能退化。1）心理工作负荷 有证据表明，精心设计的

15、信息自动化可以改变人心理负荷水平以适 应系统要执行的任务。在最简单的层面上，信息组织源将帮助操作者提取与决策相关的信息， 例如一个优先级列表，。数据汇总也可以通过消除耗时的搜索或通信帮助操作。如前所述， 在的雷达显示中的电子数据块替代了该空中交通管制员与飞行员以确定飞机的位置和高度 的需要。更多的比任何在驾驶舱中其他的自动化系统，都具有减少飞行员的工作量。这些结果不应被解释为意味着自动化结果总是在平衡操作人员的工作量。自动化增加工作量的实例也被发现。 这些主要涉及那些难以实现自动化的系统，从而增加认知负荷和物理操作人员的工作量。这样的系统被称为实现了笨拙”的自动化。一般来说，影响自动化对脑力负

16、荷反映在在改善人类生产力和效率的自动化的类似混合记录中。2）环境敏感能力 首先，自动化决策功能可以降低操作者对于系统和工作环境特定动 态特性的敏感性。当环境的变化有另外的代理所控制的时候人们往往难以意识到这些变化 （无论代理是自动化或者另一个人）。另外，如果辅助决策，专家系统，或其他类型的决策 自动化重复选择决策的执行， 在动态环境中，人操作者可能无法维持一个好的来源于环境图片”信息，因为他或她不是积极参与到对来源于信息的决定的评价。这可能发生在那些操作 者被动监测工艺行为的系统中，操作者被用于进行干预， 以防止错误或事件。当然也存在增加操作者环境敏感能力的情形，例如，数据集成，可以提高操作人

17、员的态势感知。3）自满 第二，如果自动化程度很高，但不完全可靠的执行决策的选择，然后操作员 可能不再监测自动化和信息来源，因此，不能发现偶尔的自动化失效。这种影响对过于信任或自满”在操作者执行多重任务时最大，而当操作者只执行监测任务时最小。监测过程中的 自满效果最近被使用的联结结构的建模分析表明，自满情绪反映了监控下手动控制与自动化的学习机制。信息分析的自动化也能导致自满如果算法的滤波，预测，或整合操作是可靠的但并非完全可靠。最近的一次模拟的地面目标的任务研究发现提示不正确定向的注意力的暗示会导致 较差的检测性能即使飞行员被通知这是不完全可靠的线索。自动提示（注意指导）可能会导致操作者不重视对

18、非提示区域的显示。因此类似自满的效果在其他情况同样会产生，即应用自动获得信息的采集和分析，不仅仅是决策制定。 然而，不确定的是这种不可靠的自动化效果是否在所有的阶段信息处理同样强烈。有证据表明，虽然自满可以在信息自动化和决策自动化中发生，它对后者性能的影响更大。在对辅助决策的一项研究，在自动化完全可靠时两 种形式自动化的性能的获益是同样。然而，这项研究是唯一记录直接比较不可靠的自动化在自动化的不同阶段影响的。 问题是在我们的模型中，自动化不可靠对所有四个类似的自动化阶段的负面影响，需要进一步检查。4）技能退化 第三，如果决策功能通过自动化表现，在将来的某个时间，操作者将不执行 这个功能。有大量

19、的心理学认知研究证明遗忘技能衰变会在不使用时发生。认知能力下降可能对于跟踪自动化失效特别重要。最近的一次模拟机器人手臂的运动控制研究用于人类危险 材料发现对于跟踪自动化故障，中间决策的自动化水平性能优于高的水平。这些潜在的成本一一环境敏感能力的降低，自满，和技能退化一一共同显示，自动化水平高会导致操作者显示出“开环”的不适应。所有的三个漏洞来源会在系统失效时对安全构成威胁。因此，自动化的设计必须保证这种潜在的人力成本不发生。我们未讨论的其他人类绩效成本野营应被研究。不会导致不平衡的心理负荷，减少的态势感知，自满，或技能损失的自 动化仍然可能导致其他相关的缺陷， 最终对系统的性能产生影响，包括模式的混乱和操作者 对自动化过度信任。考虑到这些人的表现的后果，一个特定的自动化水平相对的优点可以被确定。然而，全部应用我们的模型还需要充分考虑其他标准。这里我们