第十章脑力工作负荷

脑力劳动者在从业人口中所占的比例越来越大。如何预测和测量人在系统中的表现及脑力负荷，评价脑力劳动效率对人机系统效率的影响具有重要意义。

20世纪80年代，脑力负荷是美国航空工业中管理阶层和劳工之间的一个重要议题。美国航空驾驶员协会认为DC-9型和波音737在工作的高峰期对两个驾驶员来说脑力负荷太高了，他们要求每架飞机上配三个驾驶员，而航空公司则坚称两个驾驶员就够了。美国国家航空局开始着手建立检验各种飞机的脑力负荷标准，美国空军也开始要求新飞机的设计要符合脑力负荷的标准。

第五章脑力工作负荷1第一页，共35页。1976年，北大西洋公约组织国家的一些科学家在美国麻省理工学院谢尔顿教授的主持下召开了“监视行为和控制”的专题会议，讨论技术进步对人在系统中作用的变化。提出了在新的系统中测量人的脑力负荷的重要性。1977年，北约组织的一些著名学者又召开了“脑力负荷的理论和测量”专题会议，系统讨论了脑力负荷的定义、理论及测量方法。从此，关于脑力负荷的研究日益得到重视。主要围绕的问题是：脑力负荷的测量和预测方法，脑力负荷测量方法的应用。第五章脑力工作负荷2第二页，共35页。

第一节脑力负荷定义及影响因素第二节脑力负荷的测量方法

第三节脑力负荷预测方法

第四节应激

第五节脑力疲劳及其消除

第五章脑力工作负荷3第三页，共35页。本章重点1、脑力负荷的定义2、脑力负荷的影响因素1、脑力负荷的测量方法有哪些？各有什么特点？第五章脑力工作负荷本章难点4第四页，共35页。第一节脑力负荷定义及影响因素一、脑力负荷定义

脑力负荷（mentalworkload）是与体力负荷相对应，也可称为脑负荷、脑力负担等；（1）脑力负荷是人在工作时的信息处理速度，即决策速度和决策的困难程度。（工作要求）（2）脑力负荷是人在工作时所占用的脑力资源的程度，即脑力负荷与人在工作时所剩余的能力是负相关的。（资源占用）（3）脑力负荷是人在工作中感受到的工作压力的大小，即脑力负荷与工作时感到的压力是相关的。（感受压力）5第五页，共35页。第一节脑力负荷定义及影响因素（4）脑力负荷是人在工作中的繁忙程度，即操作人员在执行脑力工作时实际有多忙。（行为表现）（5）脑力负荷反映工作时人的信息处理系统被使用程度的指标。（教材中的定义）

脑力负荷+人的闲置未用的信息处理能力=人的信息处理能力脑力负荷是一个多维概念，它涉及到工作要求，时间压力，操作者的能力和努力程度，行为表现和其他许多因素。6第六页，共35页。第一节脑力负荷定义及影响因素二、脑力负荷的影响因素（1）任务因素：任务难度和任务匹配性（2）个人因素：个人能力和个人业绩

低脑力负荷高7第七页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法脑力负荷的测量方法，按其特点和使用范围，可分为：1、工作测量法主任务测量法、辅助任务测量法2、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3、主观评价法库柏一哈柏量表、主观负荷评价法、NASA-TLX主观评价法8第八页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法一、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。

（一）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。

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。9第九页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法1、单指标测量法单指标测量法就是用一个业绩指标来推断脑力负荷，主要是用错误或时间延迟作为业绩指标。

2、多指标测量法通过多个指标的比较和结合减小测量的误差，通过多个指标来找出脑力负荷产生的原因，可提高测量的精度。速度和精确度是用来反映脑力负荷的重要指标。10第十页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法（二）辅助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辅助任务的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。脑力负荷+人的闲置未用的信息处理能力=人的信息处理能力11第十一页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法（三）工作测量法的不足1、衡量指标的不统一影响了测量结果之间的可比性。2、主任务和辅任务之间的相互干扰影响了测量结果的效度和信度。12第十二页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法二、生理测量法

生理测量法就是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。

生理测量法的最大优点是客观性和实时性。1、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。13第十三页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法2、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。14第十四页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法3、大脑诱发电位测量法

大脑诱发电位的变化对脑力活动的某些成分(知觉/认知负荷)较为敏感。其中，P300（是指刺激呈现后约300ms时出现的一个正向电位波动）尤为敏感。15第十五页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法

4、生理测量法的局限生理测量法假定脑力负荷的变化会引起某些生理指标的变化，但是其他许多与脑力负荷无关的因素也可能引起这些变化。

不同的工作占用不同的脑力资源，因而会产不同的生理反应。一项生理指标对某一类工作适用，对另一类工作则不适用。16第十六页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法三、主观评价法主观测量法是最简单也是最流行的脑力负荷评定方法。主观评价法操作简单，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。17第十七页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法（一）主观评价法及其特点1、主观评价法要求系统操作者陈述特定操作过程中的脑力负荷体验，或根据脑力负荷体验对操作活动进行难度顺序的排列。

2、特点（1）主观评价是脑力负荷评价中唯一的直接评价方法。（2）主观评价一般在事后进行，不会对主操作产生干扰。（3）主观评价一般使用统一的评定维度，不同情境的负荷评价结果可相互比较。（4）使用简单、省时，数据收集与分析容易。18第十八页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法（二）常用的主观评价法1、CH量表(Cooper-Harper评价法)（1）主要目的：用于评价飞机驾驶难易程度的一种方法，用于飞机操纵特性的评定。（2）建立依据：基于飞行员工作负荷与操纵质量直接相关的假设。（3）具体方法：把飞机驾驶的难易程度分为10个等级，飞机驾驶员在驾驶飞机之后，根据自己的感觉，对照各种困难程度的定义，给出自己对驾驶飞机所承担的脑力负荷的评价。19第十九页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法在60年代后期，美国空军用Cooper—Harper方法评价新式飞机操作的难易程度取得了很大的成功。由于飞机操作的难易程度与脑力负荷是极为相关的，后来，人们对Cooper—Harper方法进行了改进，把评价表中的飞机驾驶困难程度改为工作的困难程度，使之适合评价一般任务的脑力负荷。

20第二十页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法2、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。

组成该量表由即时间负荷、压力负荷和努力程度三个维度组成。（1）时间负荷反映人们执行任务过程中可用空闲时间的多少；（2）努力程度反映执行任务需要付出多大的努力；（3）压力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。21第二十一页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法2、SWAT量表使用方法（1）三个因素及每个因素的三个状态，共形成27个脑力负荷水平。这27个脑力负荷水平被定义为在0（1，1，1）～100（3，3，3）之间。（2）操作人员完成某一任务后给出这项任务的时间负荷、努力程度、压力负荷的程度，根据这三个指标就可以确定脑力负荷的状态，然后根据前面确定的对应表查出脑力负荷的对应值。22第二十二页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法

SWAT的优缺点优点运用了数学分析方法对操作人员给出的27种情况的排序数据进行了数学处理，这样使得到的数据比简单的把27个点平均地确定在0～100之间更可靠些。缺点

对27种情况进行排序，不仅需要相当的时间，而且排序的准确性也很难保证。因此应用起来较难。23第二十三页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法3、NASA-TLX主观评价法

美国航空和宇宙航行局AMES研究中心的Hart等人建立起来的。（1）主要观点：认为脑力负荷是一个多维的概念。

Hart等对飞行员进行调查，拟从中找出脑力负荷的影响因素。经过大量调查研究之后，确定了六个影响脑力负荷的因素。分别为：

a.脑力需求b.体力需求c.时间要求

d.努力程度e.操作成绩f.挫折水平24第二十四页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法（2）NASA—TLX法的使用过程分三步：1）确定因素权重；2）针对实际操作情境，对六个因素的状况分别进行评定；3）确定了各个因素的权数和评估值之后，进行加权平均就可以求出脑力负荷。25第二十五页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法影响因素权重得分（百分制）脑力需求0.290×0.2体力需求0.150×0.1时间需求0.2580×0.1操作业绩0.1540×0.15努力程度0.2550×0.25困惑程度0.0510×0.05总计1.04526第二十六页，共35页。第二节脑力负荷的测量方法（三）主观评价法的缺陷1、评价结果有偏差2、评价结果容易混淆3、方法应用存在局限性27第二十七页，共35页。第三节脑力负荷预测方法

脑力负荷的测量方法的应用重点是在人机系统设计后的使用阶段的脑力负荷评价。在很多情况下，我们更多的需要考虑在系统设计之前的脑力负荷评估。这就涉及导对脑力负荷的预测问题。

对脑力负荷的预测主要采用分析的方法。本节就介绍几个有代表性的预测模型。

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28第二十八页，共35页。第四节应激一、应激及其产生原因1.应激的含义当操作者面临超出适应能力范围的工作负荷时，就会产生所谓“应激”的现象。应激是一种复杂的心理状态。每当系统偏离最佳状况而操作者又无法或不能轻易地校正这种偏离时，操作者呈现的状态即为应激。

应激是指由危险或出乎意料的外界情况的变化而导致的一种情绪状态。29第二十九页，共35页。第四节应激

应激是指机体对各种内、外刺激因素所做出的适应性反应的过程，它是一种全身性的适应性反应。轻微状态下，它有时是有利的，但更多时候是有害的。30第三十页，共35页。第四节应激2．应激现象产生的原因

（1）系统偏离最佳状况（2）环境要求与操作者能力不匹配（3）动机因素的作用31第三十一页，共35页。第五节脑力疲劳及其消除一、脑力疲劳的含义脑力疲劳一般指人体肌肉工