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。     

基于AHP和生理电的机器人语音交互认知负荷评价

目的 提出一种兼具主观测量和生理数据验证的机器人语音交互认知负荷的评价方案。方法 设计实验使受试者对不同的机器人语音交互系统进行体验，完成相应的任务并接受主观认知负荷测量，同时加以生理电信号测量。主观测量部分利用层次分析法（AHP）对传统的NASA-TLX量表进行改进，使得测量更加客观与细致；并利用生理信号测量的结果验证主观评价的可靠程度与实际意义。结果 得出不同语音交互系统认知负荷的主观评价数据与生理测量数据，两者相互印证，从而得到可靠的认知负荷评价结果，并进一步证明了评价系统本身的有效性。结论 基于AHP的基本原理，改进了NASA-TLX量表，并建立起了一套包含四个准则十四个指标的语音交互认知负荷评价体系，利用心率与皮肤电信号测量进行了辅助验证，提出了一种研究机器人语音交互用户体验的技术手段。     

手工搬举作业的人因工程量化评估与改进研究

针对制造业生产过程中手工搬举作业的人因改善问题,研究了基于复合搬运指数的人因量化评估与改进方法。该方法针对实际搬运作业多任务构成的特点引入了复合搬运指数对其进行人因量化评估,通过复合搬举任务的选取及分析、复合搬举指标的计算、复合搬举任务的优化改进和基于人因仿真的改善方案多方位验证四个步骤可有效完成搬举作业的人因工程量化评估与改进。该方法在汽车公司车轮分装工序人因工程改进中的成功应用验证了其可行性和有效性。     

基于多生理参数的飞行员任务负荷评估

目的 建立基于多生理参数的飞行员任务负荷评估模型，对飞行员任务负荷水平进行识别和评估方法 通过生理测量设备在模拟飞行实验中获取飞行员的心电和眼动数据，使用CRITIC法建立任务负荷量化模型，根据量化的客观综合评分建立样本数据集标签，避免了人为打标签的主观性，依据评分结果将任务负荷映射为六个等级(1-6),建立了1537个有效样本数据，构建随机森林模型进行训练测试。结果 模型的训练准确率达到了98.9%,测试准确率为94.3%,准确率均高于其他对比算法。使用该模型对飞行员的任务负荷进行预测，预测结果和主观NASA-TLX量表得分之间的相关系数值为0.836(P<0.01),呈现出较强的显著性。结论 基于随机森林模型的飞行员任务负荷评估模型具有较高的辨识精度，对减少飞行员任务负荷过高而引起飞行事故具有一定的现实意义。     

基于近红外光学脑成像实验的轻型装配作业的中断效应研究

中断任务的复杂度和相似性对作业者操作绩效和脑认知负荷有不同程度影响。通过设计不同复杂度和不同相似性中断情景下的乐高模型模拟轻型装配实验，记录作业者操作绩效指标，并利用近红外光学脑成像设备监测其左右脑前额叶含氧血红蛋白浓度变化，分析中断类型对轻型装配作业者操作绩效和脑认知负荷的影响规律及其内在机理。结果表明，中断任务的复杂度不会导致作业者操作绩效和脑认知负荷出现显著差异，相似中断会导致作业者操作绩效下降，不相似中断会导致作业者脑认知负荷增加。研究发现了作业者应对中断时的注意力资源分配规律，并发展了动作技能型任务注意力焦点转换过程中的工作记忆理论，从而指导轻型装配企业合理制定标准作业时间和中断管理策略，降低作业者脑认知负荷，以实现可持续高效生产。     

基于任务分层的地铁驾驶员应急处置作业工作负荷评价

目的 从任务的不同层次探究地铁驾驶员应急处置作业的工作负荷。方法 首先从应急处置作业的结构分析出发,将其分解为行为单元层和多任务层。行为单元层采用主观评价法标定其工作负荷量化的视觉-听觉-认知-执行(VACP)量表;多任务层综合考虑执行任务的时间消耗、行为单元工作负荷及时间压力等因素,构建了基于时间占用率的工作负荷评价模型;最后以12项应急处置作业为例进行实证分析。结果 本文标定的行为单元层VACP量表具有较好的信度(Cronbach’sα=0.71)和效度(KMO=0.75),并结合美国航空航天局任务负荷指数(NASA-TLX)量表验证了本文提出的地铁驾驶员应急处置作业工作负荷评价方法的准确性(r=0.7938,P<0.05)。结论 本文构建的基于时间占用率的多任务层工作负荷评价模型与NASA量表吻合较好,验证了模型的有效性,对于评估地铁驾驶员工作负荷,降低运营风险有较大的现实意义。     

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。     

基于信息加工的理论与模型在脑力负荷生理测量中的应用

脑力负荷生理测量在工效学中有着广泛的研究和应用.脑力劳动中的信息加工过程会引发神经系统的活动,神经系统的活动可引起相应生理指标的改变,从而间接反映脑力负荷的变化.本文首先重点介绍了认知负荷理论和信息加工模型来阐述信息加工与脑力负荷的关系.基于信息加工模型,进一步介绍了选择性注意的信息加工方式和加工控制对脑力负荷的影响,...     

心理负荷对驾驶员刺激检测的影响

复杂的道路交通状况以及智能车机交互系统会增加驾驶员的心理负荷，降低其对刺激的检测绩效，从而增加驾驶安全风险、导致事故发生。本文从负荷理论出发，综述了心理负荷对于驾驶员刺激检测的影响，以及其它因素的调节作用。(1)不同类型的心理负荷会对驾驶条件下刺激检测造成一定影响。一方面，不管在单通道还是跨通道条件下，高知觉负荷都会降低驾驶任务中的刺激检测绩效，主要通过影响驾驶员注意选择发生的阶段。另一方面，认知负荷也会影响驾驶员的刺激检测，主要通过影响驾驶员内源性注意的执行控制能力从而决定驾驶员对于刺激检测的次序。(2)心理负荷对驾驶员刺激检测的影响还会受到驾驶员年龄差异、对刺激检测的反应方式以及特殊刺激等其它因素的调控。未来可从心理负荷机制的角度研究各因素对驾驶员刺激检测产生的影响，以及各因素之间可能存在的交互作用。     

复杂系统数字界面中认知负荷的脑机制研究

人机交互数字界面是复杂系统人机交互的主要载体,界面信息认知产生的认知负荷在任务执行中显得十分重要,该过程中脑机制研究成为揭秘人类内源性认知的重要途径.首先回顾了复杂系统人机交互数字界面中认知负荷和相关脑机制研究国内外进展,随后分析对比了认知负荷的各种测量方法及其优劣,对运用脑电技术开展认知负荷研究,以及对人机交互数字界面认知负荷脑机制过程作了介绍,最后对人机交互数字界面认知负荷ERP实验范式进行了探讨,指出开展脑机制研究对数字界面交互设计可取得的预期成果,可为该领域带来的新突破和进展.     

虚拟现实中多通道信息呈现方式的认知负荷定量研究

目的 针对虚拟现实体验系统中的不同信息呈现方式,对使用者交互效率影响难以确定及量化的问题,进行定量研究。方法 通过搭建虚拟现实场景,以信息呈现通道的类别与数量作为变量,展开跟踪–检测响应双任务实验;通过记录任务行为数据中的跟踪误差和响应时间,以及生理数据中的瞳孔直径大小,分析并讨论在不同通道刺激影响因素下的实验中,任务绩效及眼动生理反应变化规律;同时结合主观负荷评价数据,建立了基于BP神经网络的多通道认知负荷模型,以认知负荷作为交互效率的综合评价指标,量化任务执行效率。结果 信息呈现的通道类别及其数量对任务效率均有显著的影响。结论 信息呈现通道数量与任务绩效及生理反应呈一定程度的正相关;多个任务使用相同通道呈现信息会损害所有任务的绩效,增加认知负荷。模型输出的负荷值与主观认知负荷评估值吻合较好,相对误差为8.2%,验证了其有效性。     

航空工效中的脑力负荷测量技术

脑力负荷是航空工效中需要研究的重要课题，其测量方法也很多，章把脑力负荷测量方法分为三类：任务操作方法、生理测量方法和主观测量方法。把影响脑力负荷的因素归纳为人、任务和环境交互作用的结果，对脑力负荷、操作绩效和任务关系模型作了分析，对脑力负荷测量方法的选择标准和评判指标进行了总结。章重点对三类脑力负荷测量方法的优点和局限性进行了综合评述，认为对脑力负荷应综合利用各类测量方法的敏感性来测量。当前的一些多指标评判技术对脑力负荷的测量有一定的意义，但由于人机技术的发展，应该不断对现有的方法进行改造和开发新的测量方法。     

苗绣纹样搜索中草图和文本检索的认知负荷对比研究

目的 为了探究一种更高效的苗绣纹样检索方式,通过对手绘草图检索及文本检索过程中的认知负荷来进行对比研究。方法 首先通过构建认知负荷信息检索过程模型,对5个认知阶段的平均认知负荷及所需时间进行实验对比;其次通过眼动指标(持续注视时间、眼球扫视振幅、眼球直径)及NASA-TLX评估对两种检索过程的认知负荷进行分析;最后基于眼动追踪得到可视化眼动数据(热点图、注视轨迹)验证是否符合检索任务需求。结论 基于手绘草图的图形检索方式更适合于苗绣纹样检索,通过主、客观融合对比实验验证了草图检索的高效性,同时也验证了眼动追踪和NASA_TLX具有相关性,能更有效地进行认知负荷测量。     

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Internet的拟人双臂机器人遥操作系统的研究

为了解决多操作者-多机器人遥操作系统所存在的问题,减小网络时延对遥操作性能的影响,提出了一种基于Internet的"单机-单操作者-多人机交互设备-多机器人"的遥操作体系结构,并讨论了系统的各部分功能和基于虚拟斥力场的协调控制策略.根据作业空间和任务不同,提出了相应的分区控制方式,提高了工作效率.最后,进行了拟人冗余度双臂协调装配实验研究,验证了方法和系统的可行性.     

半导体工业生产中的人因工程风险与挑战

半导体生产过程具有工艺复杂、自动化程度高、操作精度高等特点。从事该生产过程的工人面临许多生理与心理方面的风险。从人因工程的角度出发,首先,结合产线中工人的工作内容,提炼了半导体生产过程中面临的核心人因工程风险;其次,从生理、认知、组织三方面将这些风险进行分类,并从相关文献中总结造成这些风险的工作任务因素、机器和系统因素、环境因素,从而提出了半导体工业生产中的人因工程风险与挑战及其影响因素模型;然后,分别对三类风险及影响因素进行了详细的文献综述分析;最终,提出了若干聚焦于国内半导体生产行业的人因工程研究方向建议,包括工作姿势培训方法、工人身体心理健康状况评估、工作地与产线布局设计、人机交互设计等,以促进我国半导体行业发展。     

情境意识理论在驾驶界面设计中的研究现状与展望

目的 针对列车驾驶自动化和智能化的发展带来驾驶界面信息量大增,司机工作转变为信息监控和决策后,带来的心理负荷明显上升且情境意识下降等问题,梳理情境意识理论在智能驾驶界面设计中的研究现状,并对下一步研究进行展望。方法 进行文献分析,整理情境意识理论的研究现状和进展,从情境意识与自动化驾驶界面设计、显控界面图文信息、工作负荷、自动化下的人机交互四个具有智能化驾驶界面显著特征的相关设计应用的研究入手,对相关研究成果进行了综述。结论 分析了目前的研究现状和发展方向,提出了应加强对智能化背景下司机的驾驶人机交互认知特征、驾驶情境意识的表现特征及视觉策略、基于情境意识增强的智能列车驾驶界面可视化设计方法等方面的研究。     

心理负荷多维主观评定的实验研究

本研究在总结前人成果的基础上将心理负荷主观反应归纳为“任务难度”等８个方面，并结合追踪作业负荷实际加以实验检验。通过敏感性分析和因素分析，作者最终提出“任务复杂性”、“任务压力”、“心理努力与疲劳”和“紧张水平”是主观心理负荷最重要的维度，建议设计多维主观评定量表时考虑这４个方面。     

机器人仿真与离线编程系统

介绍了我们自行研制开发的机器人仿真与离线编程系统软件。该软件为机器人的研究与设计提供了良好的环境，可用于机器人的本体设计、作业单元布局、路径规划与碰撞检验、任务规划与作业任务的离线编程，可实现多个运动机构间的相互通讯，并在屏幕上动态模拟显示整个作业的工作过程。该系统采用全局监控菜单，为用户提供了良好的界面。     

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。