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1、Human Factors lab, Management School, Xian Jiaotong University, China,人因工程,西安交通大学管理学院孙林岩教授,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,篇章总汇,总论第1章 人因工程概述第2章 人因工程的研究方法与工具基础篇第3章 人体测量第4章 人体生理特性第5章 人的心理认知特征第6章 人的信息处理第7章 人的作业环境,应用篇第8章 作业空间设计第9章 肌肉骨骼失调及其预防第10章 脑力负荷与脑力工作绩效提升第11章 人机界面设计扩展篇第12章 可用性第13章 安全性,
2、School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,第6章 人的信息处理,人的信息加工模型 人的信息输入 人的信息处理 人的信息处理,人在各种活动中，要不断地接收各种信息并做出反应，如果用信息的观点解释人的认知过程，那么人可以被看作是一个信息处理和加工系统，而人在人机系统的特定作业中的各种活动，都是信息接收、传递和加工的过程。人的信息处理过程和特点是认知心理学研究的重要内容，同时其研究成果在人因工程的工业实践中的应用也极为广泛，涉及人的信号识别、信息加工、作业动作和言语输出等很多方面。本章将对这些内容进行介绍。,School of management,
3、Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.1 人的信息加工模型,信息及其度量 人因工程的信息分类 信息加工模型,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.1.1 信息及其度量,信息是能消除事先不能确定的情况（即先验不确定性）的信号或知识，是一种抽象量。信息量的大小可用消除不确定性的多少来衡量，即消息中所含的信息量是出现该消息的概率的函数。消息出现的概率愈小，它所包含的信息量就愈大，反之亦然。 如果某一事件发生的概率为1，亦即该事件为必然事件，而必然事件是无不确定性而言的，因此，其信息量为零。消息中所含的信息量I与该消息出现的概率
4、P（X）之间的关系式如下：信息量的单位的确定取决于上式中的对数底a。通常广泛采用的信息量单位为比特（Bit），此时取对数的底a=2。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.1.2人因工程的信息分类,根据人的感觉系统分为：视觉信息听觉信息触觉信息嗅觉信息本体觉信息,根据信息的表现方式，可以分为： 状态信息 警告与告知信息 展示性信息 数字、符号的简易信息 时间脉冲信息,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.1.2人因工程的信息分类及应用,School of management,X
5、ian Jiaotong UNIVERSITY,6.1.3信息加工模型,人的信息加工模型可以简单表示为下图：,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.1.3信息加工模型,图中的各模块的机能感觉储存：又称为感觉登记、感觉记忆或瞬时记忆，是外界输入刺激后人对信息进行加工的第一个模块。它储存输入感觉器官的刺激信息，保持极短时间记忆。瞬时记忆的容量较大，一般为920bit。外界信息输入感官后，只有受到格外注意的信息才能转换成一种较持久的形式而得到保持，否则，信息就会迅速消失。知觉过程的信息加工：可分为“自下而上”和“自上而下”两种方式。“自下而上
6、”的信息加工是由输入的信息（即刺激物的作用）所引起的加工，它主要依赖刺激物自身的性质和特性。“自上而下”的加工是从知识经验开始的加工，当外界刺激输入后，在注意的参与下进行编码，头脑中已储存的与刚输入的信息有关的知识经验，甚至有组织的结构图式被激活，其中适合于图式的信息被加工，而不适合于图式的信息则被忽略。“自下而上”和“自上而下”是大脑统一加工信息过程中的两种方式，互相联系、互相补充。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.1.3信息加工模型,记忆和决策：作为人的信息加工过程的两个模块来看待。某个知觉对象一旦被知觉归类确定，个体将经选择
7、决定对它做出某种行动。在有些情况下，人也可能对当前出现的刺激暂不做出反应，而是决定把这些刺激的信息或者存入短时记忆，暂时保持不超过1min的时间，或者存入长时记忆，永久储存起来，到需要时，再根据预定的检索计划和方法，由长期记忆中检索出信息输送到短时记忆，进行选择执行。在实际决策中，往往包含多种可能的行动方案。反应执行：信息经上述加工后，如果人决定对外界刺激采取某种反应活动，这个决策将以指令形式输送到效应器官，支配效应器官做出相应的动作。效应器官是反应活动的执行机构（如手指），反应执行就是信息输出的过程。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY
8、,6.1.3信息加工模型,反馈：实质上是被动系统对主动系统的反作用。将效应器官做出相应动作的结果作为一种新的刺激，反向传递给输入端，即构成反馈回路。人借助于反馈信息，加强或者抑制信息的再输入，从而更为有效地调节效应器官的活动。注意资源：在人类信息加工模型中，注意作为一种重要的心理努力贯穿信息加工的全过程。注意的重要功能在于对外界大量信息进行过滤、筛选，即选择并跟踪需要的信息，避开和抑制无关的信息，使需要的信息在大脑中得到精细的加工。注意在一定条件下，还可以在同一时间内分配给两种或几种活动，如汽车司机在开车的过程中，既要注意周围的动态，又要注意掌握驾驶等。在现代复杂的科学技术和生产活动中，只有具
9、备较高的注意分配能力，才能提高工作效率，防止出现差错和发生事故。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.2 人的信息输入,信息输入，亦即信息的接收，是信息加工的第一阶段，各种感受器是接收信息的专门装置。在信息输入过程中，信息首先需要经过感受器识别。狭义地讲，人的信息输入过程就是信号识别的过程。人的感受器有视、听、触、味和嗅觉等多种。其中人类依靠视觉获得的信息占据所获得信息总量的80以上，听觉信息占信息总量的约10，视觉和听觉输入是外界信息输入人脑最主要的两种方式。,School of management,Xian Jiaotong U
10、NIVERSITY,6.2.1视觉信息的识别和输入,对视觉信息识别和输入的整个过程目前还不是很清楚，现有的主要理论有模式匹配理论、原型匹配理论和泛魔识别模型。 模式匹配理论认为需识别的视觉信息，必须与人脑长时记忆中已有的、完全一致的模式进行匹配。原型匹配理论是模式匹配理论的发展，主张人在长时记忆中存储的是把从各类图像中抽象出来的相似性，以之为原型，拿它来检验所要识别的图像。泛魔识别模型是从特征分析的角度来解释视觉信息的识别。该理论把视觉信息的识别过程分为不同的层次，每一层次都有承担不同职责的特征分析机制，被非常形象地称为魔鬼（Demon）。它们依次进行工作，最终完成对视觉信息的识别。,Scho
11、ol of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.2.2听觉信息的识别和输入,听觉系统类似视觉系统，利用以前的经验来识别和接收听觉信息。 在接收听觉信息的过程中，听觉系统把声音输入分成三类：噪声和可以忽略的不重要的听觉信息；被赋予意义的非语言听觉信息（如鸟的叫声）；以及用来组成语言的有意义的听觉信息。对人类来说，听觉信息输入的最重要方面是语言。 “材料驱动”和“概念驱动”是言语感知和理解中相辅相成的两个过程。材料驱动指的是对言语材料在感知水平上进行的加工过程，它是由下而上（从最低的感觉材料开始）的分析过程。概念驱动是在理解水平上进行的加工过程，它是由上而下
12、（从最高的结构概念开始）的分析过程。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.3 人的信息处理,从狭义上讲，人的信息处理是指从接收信息到输出操作之间的过程，主要包括信息的传递和感知觉辨识（包括判断）等，其中包含了人类最复杂的脑机制。 感知觉的绝对辨认能力人的信息传递能力 影响信息处理的因素,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.3.1 感知觉的绝对辨认能力,绝对辨认也称为绝对判断，它是指当单个刺激呈现而没有与其他刺激作比较的条件下，感觉器官所具有的辨认能力。通过测定人的每一种感觉维
13、度的绝对辨认能力，可以确定人在每一种感知觉的维度上所能传递的最大信息量。右表显示了人的主要感知觉的绝对辨认能力。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.3.2人的信息传递能力,信息传递能力指人类接收到的信息在人体神经系统内的传递速度。视觉器官信息的传递能力：每秒钟可以传递的信息量约为109bit。 听觉器官信息的传递能力：人的单耳每秒钟可以传递的信息量约为8000bit。人在实际活动中的信息传递能力，不仅取决于感觉器官的信息传递能力，而且更多地取决于中枢神经和动作反应系统的信息传递能力，因此，人的实际信息传递能力的水平远远低于上述理论估
14、计的能力的水平。 信息传递率：是指人在单位时间内从信息接收器所能传递至人脑意识的信息量，也称为人的通道容量，其单位为bit/s。一般认为：在典型的实验条件下，人的信息传递率为一常数约为7bit/s左右。实际上，人的信息传递率远远高于7bit/s，这是因为作用于人的感官的外界刺激往往都是多维度的。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.3.3 影响信息处理的因素,人的信息处理过程受大脑能力的极限和内外条件两个方面影响。大脑信息处理能力的极限对信息处理的影响 大脑皮质对连续接受的各种信息不可能全部确切地进行处理。人脑的信息处理能力具备一定限
15、度，在实际中体现为：漏掉了未处理的信息做了错误的处理处理延迟信息内容处理不全信息处理的质量降低使用了规定以外的处理方法放弃处理,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.3.3 影响信息处理的因素,内外因素对信息处理能力的影响 大脑依据记忆积累的经验来确定如何处理新接收的信息和进行什么样的行动。信息处理过程与信息处理者的知识、技能等个人的因素有很大关系。同时作业时间、时机以及作业条件等也有影响。在这些因素的影响下，信息的处理能力变化很大。影响信息处理能力的内部因素主要有：觉醒水准、动力、学习（练习）、经验和疲劳等；外部因素主要有：信息呈现的
16、速度、清晰度、噪音水平、并发性、感觉维度、信号强度等。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4 人的信息输出,在人机系统中，人的信息输出通常表现为效应器官（例如手、足、口、眼）的运动，通俗地讲，就是作业过程。效应器官运动的速度和准确度直接关系到人机系统的效率和可靠性。在作业中，人的信息输出主要表现为：操作运动的输出言语输出,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.1 操作运动输出,操作运动类型 根据完成操作的情况，操作运动可分为以下五种： 定位运动重复运动连续运动逐次运动静态
17、调整运动,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.1 操作运动输出,操作运动的速度 操作运动的速度是衡量人体信息输出能力的重要指标，目前较为常用的方面包括反应时间、定位运动和重复运动的速度。至于连续运动、逐次运动和静态调整运动的速度等，都可参考反应时间等参数。反应时间：简称反应时，是指自刺激呈现到做出反应之间的时间间隔。根据刺激呈现的多少，反应时可分为简单反应时和选择反应时两种。 简单反应时：当单一刺激呈现时，人只需做出一个特定反应所需的时间即为简单反应时。选择反应时：当两种或更多种的刺激呈现时，不同的刺激要求做出不同的反应所需要的时
18、间即为选择反应时。通常选择反应时间要比简单反应时间长20200ms。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.1 操作运动输出,右图表示了不同感觉通道的简单反应时。,下表显示了反应时与选择数目的关系,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.1 操作运动输出,影响反应时的因素主要有： 感觉通道的种类 效应器官的特点 刺激的强度和刺激的性质 刺激出现时间的不确定性 训练程度 反应的复杂性 个体身心状态，如动机、气质、灵活性等,School of management,Xian J
19、iaotong UNIVERSITY,6.4.1 操作运动输出,定位运动的速度：定位运动时间随目标距离的增加而增加，随目标宽度的增加而缩短。本结果不仅适用于手的定位运动，而且也适用于脚的定位运动。右图显示了手向各方向作定位运动的时间差异。（图中深色椭圆上的点中心点的距离越近，表示运动时间越短。）,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.1 操作运动输出,重复运动的速度：重复运动是在速度上有较高要求的一种运动形式。以下2个表显示了常用的人体重复运动的参数。,人体各部位动作的最大速度（次/min）,表6-4 手运动的最大速度,School
20、 of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.1 操作运动输出,操作运动的准确度 盲目定位运动的准确度：盲目定位运动的准确度以人的正前方为最高，右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。连续运动的准确度：在垂直面和水平面内，手臂的前后运动的准确度明显低于垂直面内上下运动和水平面内左右运动的准确度。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,操作运动的准确度,盲目定位运动的准确度,盲目定位运动的准确度以人的正前方为最高；右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。,6.4.1 操作运动输出,School of ma
21、nagement,Xian Jiaotong UNIVERSITY,连续运动的准确度,连续运动是在运动的全过程中要求准确控制的运动，但是，由于手臂的颤动，往往使运动偏离设计的轨迹，从而导致操作运动的准确度下降。,在垂直面和水平面内，手臂的前后运动的准确度明显低于垂直面内上下运动和水平面内左右运动的准确度。,图 手臂不同运动方向的颤动对连续运动准确度的影响,6.4.1 操作运动输出,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,操作运动速度越慢，准确度越高。但当速度慢到一定程度后，再以降低速度来提高准确度已无太大意义。因此，曲线的拐点处（图中点A），
22、速度-准确度综合绩效最佳，即在该点处不仅速度较快，而且错误较少。该点也因此被称为最佳工作点。在实际工作中，操作者一般愿将工作点选在最佳工作点靠右侧的某一位置。,图 速度准确度操作特性曲线,6.4.1 操作运动输出,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.1 操作运动输出,手的运动的一般规律一般右手较左手运动速度快，故称右手为优势手。右手由左向右运动又比自右向左运动速度快。手朝向身体的运动比离开身体的运动速度快。前后往复运动比左右往复运动速度快。从上往下运动比从下往上运动速度快。水平面内的运动比垂直面内的运动速度快。旋转运动比直线运动速
23、度快，而且顺时针运动比逆时针运动速度快。向下按的按钮比向前按的按钮操作准确；水平安装的旋钮比垂直安装的旋钮操作准确。手操纵旋钮、指轮、滑块的准确度，以操纵旋钮为最佳，指轮次之，滑块最差。圆柱状手柄，直径10mm左右的比30mm以上的操作准确；L形的柄头比圆形柄头操作准确。设置手臂支撑的手柄操作比无手臂支撑的准确。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.2 言语的产生和输出,言语是信息输出的又一基本形式。言语是从意义到发出声音（或写出文字）、从内部表象转换为外部语言的过程。言语输出主要通过喉头和口腔等发音器官来实现。 言语输出形式由于
24、简单、方便而且实用，今后将越来越成为人的信息的重要输出形式，并将在人机系统设计中得到广泛应用。 言语的产出一般包含3个阶段：构造阶段：依照目的来确定要表达的意思。转换阶段：应用句法规则将思想转换成言语的形式。执行阶段：将言语形式的消息说出来或写出来。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.2 言语的产生和输出,言语界面设计的一般性规则在一般场合，尽量使用自然语音，避免使用机器模拟语音频率在2000Hz左右的语音，推荐使用使用较长的音节停留，以使声音清楚表达较多信息时句子和段落之间的时间间隔不宜过长声音尽量抑扬顿挫（频率范围变化较大）
25、，以增加语音信号的接收效果语音信号的信息库，要尽量少，不要使用太短音节的单词和信号使用常规的句子结构和表达方式，尤其是出现多个同类信息时，应该按照顺序表示如果模拟语音单独用于警报，则在此之前不应有别的警报信号；如果模拟语音信号用于对警报进行详细描述，则在此之前应有提示信息帮助识别其方位较长的语音信息应该可以被打断，可以节省熟练操作者的时间不要轻易使用复杂语音系统,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,6.4.3 其他方式的输出,眼睛的信息输出：眼动的研究观察眼动模式，分析人的信息加工过程眼睛控制器：为残疾人士设计人体热能输出热输出及自动调温设备,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,Thank you！,xiexie!,谢谢！,
