3.3 有关心理负荷的人机工程设计原则

工作系统设计包括工作任务、工作设备、工作场地及工作环境的设计，强调心理负荷及其产生的影响。心理负荷是人员、技术、组织和安全等因素交互作用的结果。在进行工作系统设计时，必须考虑上述因素及其相互作用产生的影响。GB/T 15241.2《与心理负荷相关的工效学原则 第2部分：设计原则》给出了在工作系统设计中，涉及心理负荷及其影响的设计指南。该标准规定了合理的工作系统设计和人的能力的使用，目的在于使工作条件在人的安全、健康、舒适、效率等方面达到优化，避免由于心理负荷过高或过低带来的不利影响。

该标准涉及所有工作系统的设计者和使用者，以及所有有人参与的工作，不仅涉及认知或脑力类型的工作，也涉及体力类型的工作。该标准既适用于新系统的设计，也适用于对已有系统进行重大改造时的重新设计。

3.3.1 一般设计原则

1.应使工作系统适合于人

应考虑：①设计或重新设计的工作系统，应在设计开始就考虑人员、技术、组织等因素及它们的相互作用；②在设计的初期，即在确定系统的功能时就应考虑使用者，确定系统与子系统功能及人机功能分配和各操作者之间的分工，应考虑操作者的特性和能力；③设计新系统时，应考虑系统未来使用者的能力、技巧、经验及他们对系统的期望；④对系统进行重新设计时，应在设计过程中考虑系统使用者的经验和才智，使设计质量达到优化水平。采用使用者参与的方法，可以把使用者的期望融汇在设计过程中，使设计出来的系统能满足使用者的期望，更易于被使用者接受，从而可以提高整个系统的效率。

2.设计方案的确定原则

在系统设计中应当注意，一项工作是由多项任务组成的，而执行每项任务都需要一定的技术设备、工作环境和组织机构，这些环节均与心理负荷相关。因此，设计原则会涉及设计过程和设计方案的不同层面，具体如下。

（1）工作负荷强度：①在任务和/或工作层面；②在工作设备层面；③在环境层面；④在组织层面；⑤在工作临时组织层面。

（2）工作负荷暴露时间。

不同设计层面避免心理负荷的不良影响的设计方案示例如表3-2所示。

3.人机工程学专家应尽早参与设计过程

工作系统的设计是从系统的功能分析开始的，然后进行人机功能分配和任务分析，最终给出任务设计方案并分配给操作者。为了能够根据操作者的最终要求，特别是对心理负荷方面的要求完成这些步骤，从工作一开始就让人机工程学专家参与设计过程是十分重要的，这样可在系统设计的每一层面将相应的要求考虑进去。

4.动态的作业分配

在设计工作系统时，还应注意环境要求、系统要求，以及人的技能、能力、期望都会随着时间而变化。系统设计应考虑并适应这些变化。解决这个问题可以采用动态的作业分配法等，这种方法可以让操作者根据实际状态给系统或自己分配任务。

5.人员的选择和培训

应考虑：①人员的因素，如能力、工作效率、动机在一个人身上及不同人之间都有不同，都将影响心理负荷，因此，在工作系统的设计中，应考虑人员的选择和培训问题；②为了实现系统的功能，并使心理负荷保持在适当的水平，设计者应指出使用者所需信息的种类、质量、数量及所需的培训；③应当明确人员选择和培训是用来支持系统设计的，而不是用来弥补设计的过错的。

6.综合考虑多种心理因素

心理负荷不是一个一维的概念，它由几个性质不同的因素组成，这些因素会产生性质不同的影响。因此，简单地用一维指标来定量描述心理负荷（例如，认为心理负荷从过低到最佳再到过高变化）是不够的。有些心理负荷的不良影响是相同的原因造成的，但绝不能错误地认为这些影响也是相同的。下面的设计原则将帮助设计者采取适当的方法减少心理负荷带来的不良影响。有些设计原则适用于多种情况，因此，在下面论述中会多次出现。

3.3.2 预防心理疲劳的设计原则

1.一般原则

心理负荷可以用操作者接触工作负荷的强度、持续时间及强度的时间分布来评价。除定量因素外，还应考虑定性因素，例如，感觉—反应性任务与强记忆性任务之间的差别。在工作系统的设计中减少疲劳的主要方法是降低或优化心理负荷的强度，限制脑力工作的时间，通过安排休息来改变强度和时间的分配。应当注意，一味地降低心理负荷并不是保证人的工作效率的最佳方法，心理负荷低于最佳水平之后，会引起相应的不良后果。

2.心理负荷的强度

心理负荷的强度受各种因素的影响，下面分别进行介绍。

（1）任务目标的明确性。如果任务的目标不明确，操作者需要对任务进行了解，决定哪一个目标是优先的。在进行系统设计时，应明确地给出任务的目标，确定不同目标的优先权，如保证系统安全比提高系统的效率更加重要。如果涉及多个操作者，则每个操作者的任务都应当明确。

（2）任务的复杂性。任务的复杂性太高，意味着在给定的单位时间内操作者不得不做出过多的决策。如果任务的复杂性对于设定的整个使用者群体来说均过高，则应使用决策支持系统。也应避免任务的复杂性太低，因为这会导致产生单调感或心理餍足。

（3）反应策略。在需要对多项要求做出应答的系统中，应明确给出应答这些要求的策略（如先进先出或按规定次序做出反应）。先进先出的方法最简单，而按规定次序做出反应要复杂得多。如果使用有条件的策略，要明确给出在何种条件下采用何种策略，要容易被人理解。

（4）信息适量和信息冗余。①信息不足或信息过量都会让人产生心理负荷，因为这将导致操作者在不充分的信息基础上做出决策或从所提供的所有信息中筛选出有关的信息。因此，应只向操作者提供完成任务所必需的信息。②冗余信息可以帮助操作者对显示的信息进行交叉检验。但过多的冗余信息容易分散操作者的注意力，增加心理负荷。因此，应根据系统的操作要求确定冗余度。如果可能，应让操作者选择完成任务所需的冗余度。

（5）信息的含糊性和可区别性。①信息含糊不清会导致操作者猜测信息，因此提供给操作者的信息应明确无误，如在显示系统状态时，应给出可接收的或不可接收的信息区间。②如果带有信息的信号对于无关信息的背景的可区别性很低，则需要操作者付出极大的努力筛选信号。可以通过下列方式改善信号的可区别性：增加信号的强度，用形状、颜色、持续时间、时间特性对信号进行编码，降低背景噪声的强度，用技术方法进行遮蔽、筛选等。

（6）信息的一致性。如果信息显示、控制方向或系统的反应等与操作者的期望和习惯不一致，则会产生信息之间的冲突或迫使操作者做出额外的努力。特别应当注意控制与系统动态的一致性，如对于零阶系统使用零阶控制器。

（7）信息处理的精度。精度要求超过人的能力会增加心理负荷，可以用技术方法来解决这类问题，如改变信息显示或系统动态控制方式。

（8）并行与顺序处理。顺序处理通常优于并行处理。但对不同来源的信息进行比较，则应优先采用并行方式显示信息。如有方位要求，则并行显示优于顺序显示。

（9）时间共享和时间延迟。①时间共享。如果要求操作者在某一时刻同时做两件或两件以上的任务，则很快会达到人的信息处理能力的极限。因此，应尽量让操作者顺序执行任务。如果自动处理过程产生的错误对系统没有严重后果，则可以用一致性对应训练来减少操作者对注意力的控制，减轻心理负荷。②时间延迟。有时间延迟的系统，要求操作者在控制系统时对系统的未来状态进行预测，因此，应避免时间延迟。如果时间延迟不可避免，则应使用快速或超前显示器。

（10）心理模型。对过程或系统功能的心理映像的不稳定、不完全或缺乏，需要操作者在控制系统时付出额外的努力。在进行系统设计时，就应考虑怎样使操作者能够对操作过程有一个正确的认识，向操作者显示的信息应能表示系统内各子系统之间的关系，这可以通过流程图、记录与时间有关的系统反应、收集系统对人的控制做出的反应等来实现。

（11）绝对和相对的判断。做绝对判断需要把参照标准记在脑子里，而做相对判断只需把参照标准显示出来即可，显然相对判断比绝对判断要容易，因此，应尽量采用相对判断。采用相对判断时，应把参照标准显示出来，以便于比较。

（12）记忆负荷。①工作记忆负荷。工作记忆是信息在存储为将来提取的长时记忆之前，初步且临时以一种不稳定的形式存储的记忆。如果信息显示和更新的速度很快，那么工作记忆的强度很快就过高了。在顺序显示信息时，信息停留的时间应适当，避免操作者在选择和记忆有用信息时短时记忆超载。②长时记忆负荷。应通过提供适当的信息恢复装置，来避免不必要的长时记忆负荷，如计算机在用户的请求下提供的不同层面的帮助功能。这样可以减轻操作者在记忆或回忆不同信息或复杂信息时所产生的心理负荷。③再认与从记忆中回忆。识别已经记忆的信息比回忆更容易也更有效。因此，显示几个可供选择的方案让操作者挑选，比从记忆中回忆某一个方案更有效，对操作者的要求也更低一些。

（13）决策支持系统。在决策的结果不能被完全预测时，操作者的压力会增加，特别是决策会带来几种不同的后果时（如生产损失或人身安全）更是如此。在这些情况下，应提供决策支持系统，以便操作者对操作的后果有所预测。

（14）可控性。动态系统对操作者应是可控的。系统的可控性取决于控制的阶数、控制行为的维数、系统反应的时间延迟、系统的反馈信息、显示与控制的适应性等。心理负荷随着控制动态系统阶数的增加而增加，因此应避免让人控制高于二阶的动态系统。时间延迟也会增加心理负荷，因此也应尽量避免。如果显示与控制之间的适应性不好，则不仅会使操作者在控制时付出额外的努力，而且也会增加错误，所以应使控制与显示对应起来。

（15）运动的维度。人的动作绩效需要多行为维度的协调，如同时移动和旋转。在进行系统设计时，应将维度降到最低水平，特别要注意不同维度之间的协调。

（16）动态控制。系统对操作者的命令的反应，可能需要过于复杂的动态评估，例如，按时间对系统的响应进行综合。在控制高阶动态系统时，应给操作者提供技术支持系统（如积分器、微分器、放大器等）。

（17）追踪行为。不同的追踪方式要求操作者采取不同的行为，如尾随追踪要求操作者同时追踪目标和光标运动，而补偿追踪要求操作者根据记忆中的目标/光标关系来追踪。通常，尾随追踪优于补偿追踪，因为尾随追踪显示的是实际的位置，而不是控制的误差。

（18）容错度。系统应当有容错度，即使操作者发生明显的错误也不会导致严重后果。对关键性的操作系统，在执行命令前，应提示命令可能产生的结果，并要求操作者确认。如有可能，系统应能恢复到最后一步操作前的状态。

（19）错误后果。应通过系统设计使人的操作错误造成的后果降到最低限度，如通过一致性检验、提供冗余信息、引用安全栅等方法，这样既可以把错误的后果降到最低，又减轻了操作者的压力。

（20）环境。良好的工作环境可以降低操作者心理负荷的强度，因为良好的环境（如适宜的照明、较小的噪声等）为信息的接收和处理提供了良好的条件。

（21）社会交往。任务和设备的设计应考虑给操作者提供必要或最低限度的社会交往机会。

（22）对他人工作绩效的依赖。自己的工作依赖于他人的工作会增加操作者的工作压力，因此应当避免。可以通过提供缓冲区和增强工作的自主性，将两个任务的直接联系减弱。

（23）任务要求的改变。通过加入不同的信息处理方式，在一项工作内改变任务要求，能减轻工作负荷强度。

（24）时间压力。时间太紧可能会使操作者在执行任务时走捷径，从而出现差错。对于会造成严重后果的关键性作业，如果时间太紧迫，有可能没完成任务就到了截止时间，这会增加压力，因此应避免。

3.工作负荷的时间分配

除心理负荷的强度外，工作负荷的时间分配对疲劳的产生也有很大的影响。通常，工作时间与疲劳之间是指数关系。为了避免负荷过高应注意以下几点。①工作期限。由于疲劳是工作时间与强度的共同结果，且成指数关系，因此应根据工作强度的大小，调整工作时间的长短，使操作者无明显疲劳迹象。应当指出，由于疲劳和适应，增加一个小时的工作时间，并不会使产量呈线性增长。②工作日或轮班之间的休息。连续工作日或轮班之间的休息时间应足够长，以使操作者能够从疲劳中完全恢复。③日工作时间。人的作业效率受生理节奏变化的影响。通常，人在夜间的作业效率比白天要差。因此，夜间工作对人的要求应比白天工作对人的要求低，如增加工作人员或增长夜班的休息时间。④轮班。轮班制的操作者需要付出额外的努力，来协调自己的生理变化、作业效率、社交活动等。由于轮班对人的身体健康和生活都是不利的，在可能的情况下应尽量避免采用轮班制。当不可避免时，应根据人机工程学的原则来设计轮班的方法。⑤工间休息。工间休息可以使人的疲劳得到恢复。最好在疲劳刚发生时就安排工间休息。由于连续工作的时间与疲劳之间的关系是指数型的，因此疲劳恢复所需要的时间也是指数型的。较短工作时间以后的短时休息，要好于较长工作时间后的长时休息。例如，每55min休息5min，休息6次，比工作6h后休息30min要好些。夜间工作的人每两次休息的间隔，应比白天工作的人要短些。⑥改变工作要求或心理负荷的种类。改变工作要求或心理负荷的种类，如从监视性工作到手动控制性工作、从逻辑分析到常规操作，可以产生与工间休息类似的效果。为了防止疲劳，应将这种方法引进系统中。

3.3.3 预防类疲劳态的设计原则

1.避免产生单调感的指南

产生单调感的主要原因是工作延续的时间很长，而工作任务需要的注意力只在很窄的范围，如低到中等困难程度的认知任务、需要重复进行的操作或活动、工作环境的变化很小等。在设计工作任务和工作环境时，应尽量避免上述条件的出现。

（1）如果由于技术或组织上的原因，上述情况不可避免，就应考虑以下几点：①使单调和重复性的工作机械化或自动化；②工作轮换；③工作扩大；④丰富工作内容。

（2）在下列情况下，单调感会增加：①没有他人一起工作；②社会交往受限；③缺乏工间休息；④缺少体力活动；⑤工作内容缺少变化；⑥一天中的某一时段（下午和晚上更容易感到单调）；⑦气候条件（如温度适中）；⑧单一的声音刺激；⑨工作疲劳。

（3）应尽量避免上述情况，在工作设计中可采用下列方法来抵消其不良影响：①在工作中加入认知性的工作内容；②扩大工作中应注意的范围，如增加更复杂的任务；③提供工作变化的机会；④提供体力活动的机会；⑤合理设计以适应气候条件；⑥减少噪声和单调的声音；⑦提供合适的照明；⑧使一起工作的人员之间便于交往；⑨避免节拍性的工作，允许自我控制工作节拍；⑩安排工间休息；如果轮班制不可避免，则按人机工程学的原理设计轮班。

2.避免警觉性下降的指南

人的警觉性下降之后，人对信号的反应和判断能力就会下降，要求人进行信号识别和判断的系统的可靠性也随之降低。为了避免警觉性下降，要合理设计工作任务、设备及工作组织，特别要注意以下几点。

（1）在观察重要信号时，应尽量避免持续高度集中注意力。

（2）避免长时间地集中注意力。这个时间界限取决于事件出现的频率、信号的可识别性、信号的概率、重要信号的概率、无关信号的概率等。通常，在下列条件下，人员的作业效率下降最多：①信号与事件的比率很低；②重要信号的概率很低；③信号的可识别性很低。在上述情况下，作业效率会很快（如10～20min）明显地下降，应尽量避免。若避免不了，应采取组织方法来缩短连续执行这些任务的时间。安排工间休息、进行工作轮换、改变工作要求等可以达到上述目的。

（3）保证信号有较好的识别性，这可以通过显示设计或改善工作环境条件（采用适宜的照明、降低噪声等）来达到。

（4）对那些需要记住参考标准并同时做出判断的情况，应避免对连续的信号做判断。用适当的设计把参照标准也同时显示出来，这样操作者就可以使用同时判断。

（5）减少信号（时间上、空间上或可见程度上）的不确定性，改善信号的可辨别性。用反馈可以达到这个目标。

（6）给操作者提供一定的技术装置，使其能够对自己的作业效率进行评价或改善。

（7）避免导致单调的条件。

3.避免生理餍足的指南

为了避免操作者的生理餍足，应避免重复性的工作。仅仅用减少完全相同的工作要素来避免重复是不够的，还必须减少任务或子任务结构上的相似性。如果重复性的工作不可避免，应让操作者能够了解其工作的实际进程。

这个目标可通过以下方法实现。

（1）在操作者与机器之间合理地分配各自的功能，如将简单的、重复性的工作由机器来完成。

（2）在操作者之间合理地分配任务，让每一个操作者完成几项不同内容的工作，而不让每一个操作者只完成某一完全相同的工作。

（3）使工作具有一定的意义。给操作者完成某一较完整的工作，而不是一项工作的某一部分。让操作者了解其工作在整个工作或系统中的作用。

（4）使操作者能从工作中提高自己的水平。向操作者提供其不得不通过学习才能掌握的工作，或使操作者可以根据自己的技能采用不同的方法来完成这项工作。

（5）工作丰富化，把不同性质的工作结合在一起，如把装配与检验和维修工作结合在一起。

（6）工作扩大，把同一性质的工作的不同任务要素结合起来，如装配不同的零件或装配一个部件。

（7）工作轮换，即把有特定要求的不同工作系统，轮流让不同的操作者来完成。

（8）通过安排工间休息来临时调整工作过程。

（9）通过安排每一项工作的业绩目标和提供反馈，来定量地调整工作过程。

（10）避免容易让人产生单调感和使人的警觉性下降的工作条件。

应该注意到操作者自身的特性，如所受的教育、培训、经验等，对是否会产生餍足感有非常重要的作用。操作者的认知能力越复杂，就越容易对结构相似的工作产生餍足感。为了避免生理餍足的产生，在进行系统设计时，应考虑未来使用对象的特点。为了避免生理餍足，有关工作要求和工作业绩的信息应有变化。