第10章脑力工作负荷

第十章脑力工作负荷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。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

第一节脑力负荷定义及影响因素一、脑力负荷定义mentalworkload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。(1)脑力负荷是人在工作时的信息处理速度。(2)脑力负荷是人在工作时所占用的脑力资源的程度。(3)脑力负荷是人在工作中感受到的工作压力的大小。(4)脑力负荷是人在工作中的繁忙程度。

第一节脑力负荷定义及影响因素本书中，将脑力负荷定义为反映工作时人的信息处理系统被使用程度的指标。脑力负荷与人的闲置未用的信息处理能力之和就是人的信息处理能力。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，因而脑力负荷也与这些因素有关。二、脑力负荷的影响因素（1）工作内容。工作内容对脑力负荷有直接影响。在其他条件不变的情况下，工作内容越多，越复杂，操作人员所承受的脑力负荷就越高。（2）人的能力。在脑力劳动中，个体之间的脑力劳动能力存在差异，干同样的工作，能力越大的人脑力负荷越低，能力越小的人脑力负荷越高。

（3）人的业绩（绩效）。脑力负荷的适当与否对系统的绩效、操作者的满意感以及安全和健康均有很大的影响。许多研究发现，工作绩效与脑力负荷强度存在明显的依赖关系。

低脑力负荷高

第二节脑力负荷的测量方法主观评价法主任务测量法辅助任务测量法生理测量法

（一）主观评价法及其特点主观评价法是最流行也是最简单的脑力负荷评价方法。该方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。它具有以下特点：（1）直接评价。（2）事后进行，不会对主操作产生干扰。（3）使用统一的评定维度，可相互比较。

（4）使用简单、省时。

第二节脑力负荷的测量方法（二）主观评价法分类

脑力负荷主观评定技术有多种类型。最常见的有古柏－哈柏(Cooper-Harper)评价法、主观负荷评价法（SWAT量表）、NASA—TLX量表等。

（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。（短时记忆消退）（4）方法敏感性存在特异性。“倒U形”

古柏－哈柏(Cooper-Harper)评价法飞机的特性对驾驶员的要求评价等级优良，人们所希望的脑力负荷不用考虑1很好，有可忽略缺点脑力负荷不用考虑2不错，轻度不足需要少量努力3小的，但令人不愉快不足需要一定努力4中度，客观不足相当努力5明显但可忍受不足非常大努力6严重缺陷最大努力，可控7严重缺陷相当大努力8严重缺陷非常大努力9严重缺陷可能失控10主观负荷评价法（SWAT量表）维度水平描述时间负荷努力程度压力负荷1经常有空余，很少冲突干扰很少努力，不需注意力很少慌乱、危险和挫折或焦虑，容易适应2偶尔有空余，经常冲突干扰一定努力或注意力慌乱、挫折和焦虑，中等压力3从未有空余，冲突不断十分努力和聚精会神，工作内容十分复杂慌乱、挫折和焦虑，相当高压力，需要极高自我控制和坚定性NASA—TLX量表脑力负荷影响因素各个因素定义脑力需求需要多少脑力或知觉活动（思考、决策、计算、记忆、寻找）；简单还是复杂，容易还是要求很高，明确还是容易忘记体力需求需要多少体力活动（拉、推、转身、控制）；容易还是要求很高，快还是慢、悠闲还是费力时间需求多大时间压力；快还是慢，悠闲还是紧张操作业绩多么成功；满意程度努力程度（脑力和体力上）付出多大努力困惑程度工作时，没有保障还是有保障，很泄气还是劲头很足，恼火还是满意，有压力还是放松二、主任务测量方法人员在工作时的业绩指标来判断这项工作给操作人员带来的脑力负荷。主任务测量法可以分为两大类，一类是单指标测量法，一类是多指标测量法。

（一）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。在使用单指标测量法时，指标选择的好坏对脑力负荷的测量成功与否有着决定性的作用。人们已进行过许多用单项业绩指标来测量脑力负荷的研究，在这些研究中主要是用错误或时间延迟作为业绩指标。（二）多指标测量法

用多个业绩指标来测量脑力负荷是希望通过多个指标的比较和结合减小测量的误差，另外可以通过多个指标来找出脑力负荷产生的原因，这样也可提高测量的精度(速度、精确度、反应时间、正确反应率、无反应率）

主任务测量法存在两个问题。其一，各种操作性质各不相同，不可能提出一种广泛适用的绩效参数，因此各操作之间的脑力负荷状况无法进行比较。其二，根据资源理论，当操作要求资源小于操作能力时，虽然工作负荷的增加会引起剩余资源的减少，但主任务绩效由于得到充足资源的供应而并不出现下降，在这种情况下主任务绩效对工作负荷的变化不敏感。三、辅助任务测量法

(一)辅助任务测量法的原理应用辅助任务测量法时，操作人员被要求同时做两件工作。操作人员把主要精力放在主任务上。当他有多余的能力时，尽量做辅助任务。主任务的脑力负荷是通过辅助任务的表现来进行的。主任务脑力负荷越大，剩余资源越少，操作者从事辅助任务的能力就越弱。

用辅助任务法测量脑力负荷一般分两步。第一步为测量单独做辅助任务时的业绩指标；第二步则在做主任务的同时，在不影响主任务的情况下尽量做辅助任务。(二)辅助任务的种类辅助任务必须满足这样几个条件。第一，它必须是可以细分的；第二，它必须与主任务使用相同的资源；第三，必须对主任务没有干扰或干扰很小。由于不同的任务使用不同的资源，因而使得可使用的辅助任务也有很大的不同，下面是常用的辅助任务。（1)选择反应。(2)追踪。(3)监视。(4)记忆。(5)脑力计算。(6)复述。(7)简单反应。

第二节脑力负荷的测量方法四、生理测量法（一）心率变异正常情况下，人的心率是不规则的。研究发现，当人承受脑力负荷时（采用每分钟40个信号和70个信号两种情况），两种情况的心率平均值没有很大的提高，但心率变异明显下降，而且随着负荷强度（所处理的信号数）增加，心率变异越来越小，曲线趋于平直。四、生理测量法（二）大脑诱发电位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。

生理测量法的局限：1.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；2.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。

第三节

脑力负荷预测方法对脑力负荷的预测方法主要采取分析方法，目前的方法有时间压力模型、波音公司的方法、时间占有率模型以及Aldrich的脑力负荷预测方法。这里主要介绍3种方法。

一、Siegel和Wolf的时间压力模型Siegel和Wolf开发了一个以人为中心的人—机计算机模拟系统。在这个模拟系统中，人的负荷情况是影响人一机系统效益的最主要的因素。该方法将影响脑力负荷的各种因素的作用以“压力”这个变量来表示。压力可受到下面几个因素的影响：

第三节

脑力负荷预测方法一、Siegel和Wolf的时间压力模型（1）操作人员的工作速度。

(2)一起完成某项工作的合作者工作不正常时，会使自己产生压力；

(3)首次执行某项工作失败后，不得不重复一次或几次，在重复做这项工作时，操作人员也会产生压力；(4)操作人员不得不等着机器做出反应。

一、Siegel和Wolf的时间压力模型在开发这个计算机模型时，他们首先用工作分析的方法把工作任务分解成次级任务，给出各个次级任务之间的相互顺序及影响关系，各个次级任务的重要性，执行各项任务所需要的时间(随机分布的时间)，完成每项次任务成功的概率，若第一次完不成这个次级任务后可采取的措施(重做或忽略)等。通过工作分析，把这些情况都搞清楚，然后输入到计算机中。把各个次级任务根据工作顺序和概率连接起来，给出不同的随机数值，就可以模拟人的行为，计算机并可以自动地把一些有用的信息记录下来。

在这个模拟中的一个最基本的假定是人对还剩有多少时间可以用来完成任务的判断。这个判断的结果就是时间压力。时间压力影响到操作人员的操作速度。

Siegel和Wolf把时间压力定义为完成任务所需要的时间与给定的完成任务时间之比，通过试验发现，这样定义的时间压力，对正常人时间压力的临界值在2．3左右，即当完成任务所需要的时间超出给定时间一半以上以后，操作员的行为才受到破坏性干扰。时间压力模型用于模拟飞机驾驶员在航空母舰上的着陆问题。该模型也用来模拟其他类型的工作，如发射导弹、空中加油、空中拦截等。

二、波音公司的方法波音公司的研究人员Hickey首先提出了用时间研究的方法分析人的业绩的可能性问题。接着，Stern等人把这种方法扩展到用操作人员的能力和剩余的能力来估算人的负荷比例。他们在做脑力负荷的估计时，也考虑到同时执行两项以上的任务和体力方面的影响。他们随意地把80%作为脑力负荷的上限，这样使操作人员能有一点剩余的能力(时间)，这点能力也可以用来检查自己的错误等等。这种方法产生的结果比较令人满意。

在与上面的研究人员同时进行的研究中，波音公司的Smith提出用时间占有率作为负荷比例。Smith在完善他的模型时，又考虑了认知性的任务。图10-3是按这种方法计算出来的当使用电子计算机之后，在执行10多分钟的任务时某操作人员的脑力负荷随时间的分布。

三、Aldrich的脑力负荷预测方法Aldrich等人开发的脑力负荷预测方法与前面前面提出的方法有些相似，但又增加了新内容。该种方法开发分为如下阶段。

（1）工作分析阶段。（2）估计每项任务所需时间。（3）确定人的各部位被占用情况。人的工作系统分为感觉、认知、反应三个子系统，感觉系统又可分为视觉、听觉、触觉等。共5种可以同时工作的子系统。把子系统脑力劳动负荷定为0～7操作人员在工作时的脑负荷就是5个子系统负荷之和Aldrich模型视觉负荷表负荷值描述1.0看到物体3.7区别看到的物体4.0检查5.0寻找5.4追踪视觉目标5.9阅读7.0不停的观察

Aldrich模型也存在一定的问题，该模型还没有接受实践检验，系统的负荷值为专家的主观值，在一定程度上影响了结果的客观性，另外，负荷的计算是各子系统负荷系数的简单相加，把8确定为脑力负荷过度的判断标准还缺乏科学的根据。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。较为普遍的观点认为，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。

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。

责任心、唤醒水平二、应激源能引起应激现象的因素称为应激源。主要应激源如下：（1）工作因素。变量

（2）环境因素。重要（3）组织、社会因素。人际关系（4）生理节奏与其他因素。剥夺睡眠

三、应激效应生理和身体的变化心率、心律不齐、氧耗、氧债、皮肤电反应、脑电图、心电图、肌肉紧张、血糖、出汗率、呼吸频率心理和态度的变化无聊、不满意、攻击行为、冷漠、紧张、紊乱、疲劳工作绩效的变化工作数量和质量下降、反应时增长、行动迟缓、缺乏注意、缺勤和离职率增加行为策略和方式的变化摆脱；毫无意义刺激，敲击手指和脚，唱个不停，坐立不安

四、应激的控制我们可以采取某些行动来控制或减少应激源的强度水平，使它落入到可接受的范围内。例如，通过改进工作和环境的设计，或者通过改进组织和人际关系，至少能够缓和某些应激源产生的效应。

人们可以通过物理或社会环境等因素的改变来减轻它的不利效应，但不能完全消除它。完全消除应激源也是没有必要的。研究应激的主要目的是努力将应激效应限制在一个合理的范围内，从而有利于操作者进入到一个最佳或接近最佳的工作状态。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作强度不大，但由于神经系统紧张程度过高或长时间从事单调、厌烦的工作而引起的第二信号系统活动能力减退，大脑神经活动处于抑制状态的现象。

谈虎色变脑力疲劳的产生与下列因素有密切关系。（1）高脑力负荷。（2）单调作业。（3）操作者对工作的态度、期望、动机及情绪状态。终末激发、胜负双方

二、脑力疲劳的产生与积累

第五节脑力疲劳及其消除对脑力疲劳来说，疲劳体验与操作绩效并不一定具有对应关系。如，一个工人可能在工作过程中感到极度的疲劳，主诉“筋疲力尽”，但其操作绩效却没有明显的下降。

脑力疲劳与生理疲劳不同，它易受情绪因素的影响。消极的情绪使操作者体验到更多的疲劳效应，积极的情绪往往降低操作者积累的疲劳。二、脑力疲劳的产生与积累

1.单调作业作业过程中出现许多短暂而又高度重复的作业，称为单调作业。单调作业一般具有以下特点：①作业简单、变化少、刺激少，引不起兴趣。

②受制约多，缺乏自主性，容易丧失工作热情。③对作业者技能、学识等要求不高，易造成作业者消极情绪。④只完成工作的一小部分，