手控交会对接中技能水平和自动化对操作者绩效的影响研究

目的探讨手控交会对接中操作者技能和任务自动化对操作者的绩效的影响。方法采用双因素混合实验设计,组间变量为操作者技能水平,组内变量为任务自动化水平。15名初学者水平志愿者和12名专家水平志愿者参加模拟手控交会对接实验,每名志愿者进行3次完全手控操作科目和3个半自动控制操作科目。对不同技能水平和自动化水平下志愿者的手控交会对接绩效进行比较。结果专家的燃料消耗、位置偏差、平移速度和姿态角偏差等绩效指标比初学者好。技能水平和自动化的交互作用对绩效指标中燃料消耗、位置偏差、平移速度以及姿态角偏差有显著影响。对初学者组,相比于无自动化辅助条件下,自动化辅助下的任务时间显著降低;燃料消耗显著降低,平移偏差显著降低,平移速度显著降低,姿态角偏差显著降低。对专家组,相比于无自动化辅助条件下,自动化辅助下的任务时间显著降低,燃料消耗显著降低,平移偏差显著升高,平移速度无显著变化,姿态角偏差显著升高。结论技能水平的提高有助于提高绩效,而自动化能够降低手控交会对接的技能水平差距,使初学者能表现出类似于专家的绩效,在操作者技能未能达到任务需求时,可以采用自动控制系统予以辅助。对专家组,自动化辅助显著提高平移偏差和姿态角偏差,这对自动化设计和针对自动控制系统相关要求的训练有一定启示。     

悬吊状态下航天应急故障操作绩效变化研究

研究悬吊对航天应急故障操作绩效的影响。27名训练成熟的志愿者参与了悬吊实验,分别在悬吊前后完成三个复杂度水平的6个应急故障操作单元,实验收集了操作过程中的操作时间、操作错误数和主观工作负荷评价,并进行数据处理和讨论分析。结果发现悬吊状态下,操作时间有显著的增加,操作错误数没有显著变化。通过对工作负荷量表的六个维度的分析,发现悬吊前后的业绩水平和受挫程度并未出现明显的差异,其他四个方面包括脑力需求、时间压力、体力需求和努力程度,悬吊后比悬吊前都有显著的增加。结论为悬吊对航天应急故障操作的操作时间和工作负荷有一定影响,对操作错误数无显著影响,因此悬吊用于航天员的模拟失重训练是有意义的。由于悬吊会影响操作时间,所以对时间敏感的情况下悬吊操作应该避免。     

N-back任务诱导梯度脑力负荷状态对失匹配负波振幅的影响

目的观察不同脑力负荷状态下失匹配负波振幅变化情况。方法对28名被试采用5个难度等级的数字N-back任务建立梯度脑力负荷状态模型,并同步采集脑电信号,采用非任务相关听觉刺激oddball范式引出失匹配负波并测量平均振幅。任务结束后使用任务负荷量表NASA-TLX评价被试主观脑力负荷状态,并分析Fz电极处MMN振幅随脑力负荷状态变化情况。结果因采集脑电信号质量不佳剔除4名被试数据,分析24名被试数据,结果显示随着N-back任务难度增加,被试完成任务的正确率逐渐下降、反应时逐渐升高(P0.05),NASA-TLX得分逐渐升高(P0.05)。成功提取各任务中被试MMN波形,测量其振幅随任务难度等级增加而降低(P0.05)。结论使用数字N-back任务成功建立梯度脑力负荷状态模型,在此模型中,脑力负荷水平越高,测得MMN振幅越低。     

基于Lego模拟的装配作业脑力负荷测量方法

运用Lego积木模拟装配作业,设计了低、中、高三种不同难度的实验任务,比较了三种脑力负荷主观评价量表的敏感性、效度和诊断性。方差分析结果显示,PAAS量表敏感性最高,WP量表次之,NASA-TLX量表最低。皮尔逊相关性分析显示,PAAS量表和WP量表的聚合效度和共时效度高于NASA-TLX量表。量表各维度负荷值柱状图显示,PAAS量表和WP量表诊断性显著好于NASA-TLX量表。综合各指标,可以得出PAAS量表和WP量表是目前装配作业较为理想的脑力负荷主观测量工具。     

面向复杂装配任务的脑力负荷综合评估方法

复杂装配作业脑力负荷过高会降低装配绩效和质量,甚至引发安全事故。因此,对装配任务脑力负荷进行准确测量与评估,确定作业人员的脑力负荷水平,是生产系统优化的重要依据。本文针对复杂装配任务的脑力负荷评估问题,设计了基于Lego积木模拟的装配任务实验,使用主观测量法、绩效测量法和生理测量法采集了27项指标数据,分析了各项数据对脑力负荷变化的敏感性,发现绩效测量指标、主观测量指标、注视次数、总注视时间、扫视次数、总扫视时间和平均瞳孔直径这7项指标是复杂装配任务脑力负荷的有效测量指标。基于有效测量指标,采用BP (back propagation)神经网络和贝叶斯线性判别两种建模方法,构建了装配任务脑力负荷综合评估模型。研究结果表明,使用因子分析将7维指标转化为二维综合指标作为主成分输入,使用归一化共轭梯度法为训练算法的BP神经网络模型是装配作业脑力负荷的最佳综合评估模型,其判别准确率达到84.80%。本文提出的脑力负荷测量与评估方法可为装配作业脑力负荷评定和优化提供参考依据。     

脑力负荷测量方法与评价模型研究进展

随着科学技术的进步,操作者在工作中的任务负荷逐渐由以体力负荷为主转变为以脑力负荷为主。国内外对脑力负荷的测量与评价方法进行了大量研究,可将测量方法分为三种：主观等级量表法、客观指标测量法和任务测量法。该文首先介绍了几种国内外常用脑力负荷测量方法,对其优缺点进行了分析。针对多指标联合测量时的脑力负荷计算,进一步介绍了专家评分法、神经网络技术以及多资源理论等三种评价模型,最后探讨了脑力负荷的评价步骤,并对未来的研究方向进行了展望。     

基于认知任务分析的手控交会对接失误捕捉软件设计

为了实时捕捉手控交会对接过程中操作者的决策失误,设计开发了一款基于认知任务分析的手控交会对接失误捕捉软件.该软件基于技能发展水平的失误分类方法,设定了初学者和专家两种失误判定准则.通过前台报错和后台数据记录的方式,充分获取操作者的失误数据.分别利用初学者和专家水平对软件进行测试,并由航天员主教员对测试结果进行评价.结果表明,所开发的失误捕捉软件能够较为敏感地捕捉到操作者的决策失误表现,且失误的捕捉准确性得到了主教员的验证.     

基于脑力负荷的通航飞机座舱显示界面测评研究

在飞行过程中,飞行员需从座舱显示界面获取和处理很多视觉信息，大量的视觉信息会使飞行员脑力负荷过高，从而易导致飞行事故。为降低飞行员在飞行过程中的脑力负荷和提高飞行的安全性，需判断通航飞机座舱显示界面对飞行员脑力负荷的影响，并为通航飞机座舱显示界面优化设计提供依据。以塞斯纳172SP飞机为例，综合应用主观评价法、绩效评估法和生理测量法，对五边飞行过程中飞行员的脑力负荷进行评估。综合主观评分、飞行绩效、脑电（Electroencephalogram, EEG）指标、眼动指标的分析结果，得出了五边飞行不同飞行阶段的脑力负荷大小排序。采用眼动追踪技术对不同飞行阶段飞行员所关注的界面信息进行定位，确定飞机座舱显示界面上对脑力负荷影响较大的注视热区。结果显示飞行员在平飞阶段的脑力负荷较低，降落阶段的脑力负荷较高；显示界面侧滑指示器对脑力负荷的影响最大。综上可知结合脑力负荷测量和眼动指标可以有效地评价通航飞机座舱显示界面的性能。     

基于操作复杂度的训练支持系统研究

以日益复杂的航天操作任务为研究对象,建立基于复杂度分级的训练支持系统。基于软件复杂度和认知复杂度等理论提出了熵值法和加权Halstead两种复杂度度量方法;基于航天员训练经验总结并设计了常规、回馈和整合三种训练方法;建立了由绩效指标、生理指标和主观指标组成的训练效果评价模型;设计了28名志愿者参加的包括初训、复训、考核和技能衰退等四个阶段的航天操作实验对以上理论方法及模型进行了验证。最终开发了训练支持原型系统,实现了对操作单元的复杂度度量,操作错误数据收集处理,训练影响因素分析及训练设计等功能。该训练支持原型系统可用于辅助航天员操作训练设计与评价,提高航天员训练的理论层次,为后续空间站任务操作训练提供了技术储备,还可为高性能复杂武器装备系统的操作训练提供借鉴。     

任务绩效在脑力负荷测量中的理论基础与应用

脑力负荷是工效学中的重要概念,脑力负荷测量在工效学中有着广泛的研究。任务绩效用于脑力负荷的测量有着科学的理论基础和实际的应用。本文首先重点介绍了耶基斯-多德森定律、“倒U形”模型以及剩余资源理论来阐述脑力负荷与任务需求、任务绩效的关系。基于上述理论基础,进一步介绍了任务绩效在脑力负荷测量中的应用方法并分析了其优势和缺陷,最后总结了任务绩效应更多地与其他脑力负荷指标相结合来综合测量脑力负荷,并用于进一步探索脑力负荷测量的建模方法。     

信号相位匹配算法的语音降噪及性能评估

针对信号相位匹配算法能够在信号估计中准确提取信号频率成分的优点,将三子阵信号相位匹配算法应用于提取强背景噪声中的语音信号,同时提出了基于平均段内功率谱密度距离的语音质量客观评价方法,将主观平均意见分（MOS）、信噪比和平均分段功率谱密度距离作为指标,分别对三子阵信号相位匹配法、谱减法和最小均方误差估计法这三种算法的处理结果进行客观评价并对算法的降噪性能做了对比。仿真结果表明,三子阵相位匹配算法能够达到强背景噪声环境下语音降噪的目的;同时基于平均段内功率谱密度距离的语音质量客观评价结果与主观评价结果相符合,该评价方法具有一定的可行性。     

基于情绪体验的ASD儿童干预机器人造型研究

目的 为提升ASD儿童干预机器人的训练效果,为教辅人员、设计师等提供参考,提出以ASD儿童情绪体验特点为基础的干预机器人拟人化造型特征评价方法。方法 对市场上的机器人造型样本进行拟人度评分,并从中选取代表性样本;从20余项HRV指标中筛选出8项代表性指标,通过HRV实验收集数据;使用改进的PAD情绪量表获取ASD儿童情绪体验主观得分;通过逐步回归法筛选出对情绪体验得分影响较大的HRV指标;以HRV指标为自变量、情绪体验得分为因变量,建立回归关系,为ASD儿童干预机器人造型的设计和方案评价提供理论依据。结果 研究表明,几何型机器人往往带来“放松的”情绪体验,类人型机器人会带来“高兴的”情绪体验,而真人型机器人则可能带来“焦虑的”情绪体验。同时,ASD儿童的愉悦度、唤醒度、优势度与HRV指标之间存在一定的相关性。结论 将改进的PAD情绪量表应用于ASD儿童干预机器人的造型评价中,建立情绪体验和HRV指标之间的回归模型,为设计和评估适合ASD儿童的机器人提供了理论依据,更好地促进了ASD儿童干预机器人的发展。     

Complexity of physiological responses decreases in high-stress musical performance

For musicians, performing in front of an audience can cause considerable apprehension; indeed, performance anxiety is felt throughout the profession, with wide ranging symptoms arising irrespective of age, skill level and amount of practice. A key indicator of stress is frequency-specific fluctuations in the dynamics of heart rate known as heart rate variability (HRV). Recent developments in sensor technology have made possible the measurement of physiological parameters reflecting HRV non-invasively and outside of the laboratory, opening research avenues for real-time performer feedback to help improve stress management. However, the study of stress using standard algorithms has led to conflicting and inconsistent results. Here, we present an innovative and rigorous approach which combines: (i) a controlled and repeatable experiment in which the physiological response of an expert musician was evaluated in a low-stress performance and a high-stress recital for an audience of 400 people, (ii) a piece of music with varying physical and cognitive demands, and (iii) dynamic stress level assessment with standard and state-of-the-art HRV analysis algorithms such as those within the domain of complexity science which account for higher order stress signatures. We show that this offers new scope for interpreting the autonomic nervous system response to stress in real-world scenarios, with the evolution of stress levels being consistent with the difficulty of the music being played, superimposed on the stress caused by performing in front of an audience. For an emerging class of algorithms that can analyse HRV independent of absolute data scaling, it is shown that complexity science performs a more accurate assessment of average stress levels, thus providing greater insight into the degree of physiological change experienced by musicians when performing in public.     

驾驶疲劳的心电和肌电信号分析

目的探讨疲劳情境下驾驶员心电信号和肌电信号的有效特征。方法被试为12名年轻驾驶员,标准刺激为96张不同驾驶情景图片,要求被试连续2.5 h对图片进行按键反应。结果随着疲劳程度的增强,心率变异性呈整体上升趋势,平均功率频率呈下降趋势。结论心率、表面肌电值可以作为测量驾驶员疲劳程度的有效指标,人体的疲劳程度可能不是连续的增加,而是疲劳和清醒交替不断出现。     

PI参数自动寻优控制器设计

针对传统比例-积分-微分(PID)控制器参数整定困难的问题,提出一种新型比例-积分(PI)参数自动寻优控制器(SPO).先确定PI参数的取值范围,按一定取值间距建立PI参数的查找表;针对反馈跟踪控制的3个性能指标,包括上升时间、超调量和稳态误差,分别根据查找表的参数进行轮询式测试,建立3个独立的性能评价数据库;根据满意度函数映射和自动规则产生算法,将3个评价数据库分别用函数表示;为了综合考虑3个性能指标,使系统控制的整体性能达到最佳,引入了价格函数;最后通过基于层截面颗粒度分析的图形算法,寻找出最优的PI参数.在原子力显微镜(AFM)上的实验证明,本控制器能自动寻找出适合当前系统状态的最优PI参数,可避免由于人为经验因素对扫描成像造成的影响,从而取得更好的扫描图像.     

聚合物基微纳米复合材料的制备及微型注塑加工研究

微型高分子功能器件具有独特优点,发展迅速,应用广泛,是当今科学技术的重要前沿,迫切需要发展高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,实现其微型注塑加工。介绍了近年来作者课题组在聚合物基微纳米复合材料制备及其微型注塑加工方面的研究进展:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、纳米复合、分子复合及熔融共混技术等制备适合于微成型加工的高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,如尼龙11/钛酸钡压电复合材料、聚乙烯醇/羟基磷灰石生物医用纳米复合材料、聚氨酯/碳纳米管导电复合材料等。解决了微纳米填料难分散、复合体系难加工的难题,实现了聚合物基微纳米功能复合材料的微型注塑加工,研究了其流变行为和充填行为,调控和优化了微型制品的结构与性能,为制备高性能多功能的聚合物微型器件提供了新材料、新技术和新理论。     

基于扩展VIKOR的汽车产品质量经济性评价模型

针对复杂汽车产品质量难以量化及质量排名参差不齐的问题,综合考虑产品质量、售后服务和包含油耗、使用成本的总拥有成本等质量经济性指标,提出基于扩展VIKOR方法的汽车质量经济性综合评价模型,辅助消费者购买决策。由于评价信息多源和指标主观不确定,引入数值型、区间型及语言变量等混合类型指标量化方法;利用粗糙集属性约简删除冗余指标,确定关键影响因素,并计算熵权;通过构建混合指标欧氏距离公式和VIKOR多属性决策,得出基于综合效用值的多属性约束下的满意妥协解。案例分析验证本文模型能在消费者购车时实现智能推荐,对比是否考虑总拥有成本前后的推荐结果,可知：在不考虑使用成本情景下倾向于推荐价格便宜的产品;而在考虑使用成本等隐形损失情景下推荐高性价比的车型,更加符合购车消费者的实际情形。     

视觉刺激诱发情绪的表达抑制研究

目的研究视觉刺激诱发情绪的表达抑制对表达行为、主观体验、生理反应等系统的影响,以及表达抑制与记忆的关系。方法以32名女性为被试,采用生理和心理实验法测量被试观看电影片段的表达行为、主观体验和生理反应变化及表达抑制对记忆任务绩效的影响。结果与控制组相比,抑制组被试表情行为被抑制但仍能体验所诱发的情绪,心率变异性和皮电水平显著增加,听觉信息记忆绩效下降。结论表达抑制不对主观体验起作用但会引起交感神经激活增加,并伴有一定程度的认知代价。     

基于整合疗法的认知障碍防治产品设计

目的 针对老年痴呆的防治问题,为弥补单方面药物治疗的局限性,从设计康护的角度出发,探索性地提出整合疗法轻度认知障碍防治产品的创新设计策略。方法 首先,对整合疗法理论进行溯源分析与价值挖掘,思考整合疗法中设计介入的方式,探究整合疗法认知行为训练产品设计策略及原则;其次,采用SPSS数据分析软件进行量表数据处理和分析,对患者记忆、定向力、语言等关键指标进行量化比对,形成患者状态评价与病症考量依据,结合非药物治疗干预和药物治疗,协调患者兴趣及产品交互体验难度之间的平衡,围绕“养植养智”进行轻度认知障碍预防及治疗产品设计实证;最后对患者进行实验测试,采用CDR、MMSE量表积分对比,进行产品干预效度评估。结论 整合疗法理念的融入能够协调患者在认知康复训练过程中难度与兴趣之间的平衡,可有效改善认知训练产品设计的效度,使患者既不产生抵触,又可在体验种植乐趣中实现养智。此设计为认知障碍防治产品设计提供了一个新的切入点。