人因工程-人的信息處理

人因工程人的信息處理人的信息加工模型

人的信息輸入

人的信息處理

人的信息處理

人在各種活動中，要不斷地接收各種信息并做出反應，如果用信息的觀點解釋人的認知過程，那么人可以被看作是一個信息處理和加工系統(tǒng)，而人在人機系統(tǒng)的特定作業(yè)中的各種活動，都是信息接收、傳遞和加工的過程。人的信息處理過程和特點是認知心理學研究的重要內容，同時其研究成果在人因工程的工業(yè)實踐中的應用也極為廣泛，涉及人的信號識別、信息加工、作業(yè)動作和言語輸出等很多方面。本章將對這些內容進行介紹。

6.1人的信息加工模型信息及其度量人因工程的信息分類信息加工模型

6.1.1信息及其度量信息是能消除事先不能確定的情況（即先驗不確定性）的信號或知識，是一種抽象量。信息量的大小可用消除不確定性的多少來衡量，即消息中所含的信息量是出現(xiàn)該消息的概率的函數。消息出現(xiàn)的概率愈小，它所包含的信息量就愈大，反之亦然。如果某一事件發(fā)生的概率為1，亦即該事件為必然事件，而必然事件是無不確定性而言的，因此，其信息量為零。消息中所含的信息量I與該消息出現(xiàn)的概率P（X）之間的關系式如下：信息量的單位的確定取決于上式中的對數底a。通常廣泛采用的信息量單位為比特（Bit），此時取對數的底a=2。6.1.2人因工程的信息分類根據人的感覺系統(tǒng)分為：視覺信息聽覺信息觸覺信息嗅覺信息本體覺信息根據信息的表現(xiàn)方式，可以分為：狀態(tài)信息警告與告知信息展示性信息數字、符號的簡易信息時間脈沖信息感覺種類感覺器官適宜刺激識別特征作用視覺眼光形狀、大小、位置、遠近、色彩、明暗、運動方向等鑒別聽覺耳聲聲音的高低、強弱、方向和遠近報警、聯(lián)絡嗅覺鼻揮發(fā)和飛散的物質辣氣、香氣、臭氣報警、鑒別味覺舌被唾液溶解的物質甜酸、苦辣、咸等鑒別皮膚感覺皮膚及皮下組織物理或化學物質對皮膚作用觸覺、痛覺、溫度覺、壓覺報警深部感覺肌體神經及關節(jié)物質對肌體的作用撞擊、重力、姿勢等

平衡感覺前庭器官運動和位置變化旋轉運動、直線運動和擺動等調整6.1.2人因工程的信息分類及應用6.1.3信息加工模型

記憶知覺編碼決策長時記憶操作記憶反應執(zhí)行感覺儲存注意資源反饋刺激人的信息加工模型可以簡單表示為下圖：6.1.3信息加工模型圖中的各模塊的機能感覺儲存：又稱為感覺登記、感覺記憶或瞬時記憶，是外界輸入刺激后人對信息進行加工的第一個模塊。它儲存輸入感覺器官的刺激信息，保持極短時間記憶。瞬時記憶的容量較大，一般為9~20bit。外界信息輸入感官后，只有受到格外注意的信息才能轉換成一種較持久的形式而得到保持，否則，信息就會迅速消失。知覺過程的信息加工：可分為“自下而上”和“自上而下”兩種方式。“自下而上”的信息加工是由輸入的信息（即刺激物的作用）所引起的加工，它主要依賴刺激物自身的性質和特性?！白陨隙隆钡募庸な菑闹R經驗開始的加工，當外界刺激輸入后，在注意的參與下進行編碼，頭腦中已儲存的與剛輸入的信息有關的知識經驗，甚至有組織的結構圖式被激活，其中適合于圖式的信息被加工，而不適合于圖式的信息則被忽略?！白韵露稀焙汀白陨隙隆笔谴竽X統(tǒng)一加工信息過程中的兩種方式，互相聯(lián)系、互相補充。

6.1.3信息加工模型記憶和決策：作為人的信息加工過程的兩個模塊來看待。某個知覺對象一旦被知覺歸類確定，個體將經選擇決定對它做出某種行動。在有些情況下，人也可能對當前出現(xiàn)的刺激暫不做出反應，而是決定把這些刺激的信息或者存入短時記憶，暫時保持不超過1min的時間，或者存入長時記憶，永久儲存起來，到需要時，再根據預定的檢索計劃和方法，由長期記憶中檢索出信息輸送到短時記憶，進行選擇執(zhí)行。在實際決策中，往往包含多種可能的行動方案。反應執(zhí)行：信息經上述加工后，如果人決定對外界刺激采取某種反應活動，這個決策將以指令形式輸送到效應器官，支配效應器官做出相應的動作。效應器官是反應活動的執(zhí)行機構（如手指），反應執(zhí)行就是信息輸出的過程。

6.1.3信息加工模型反饋：實質上是被動系統(tǒng)對主動系統(tǒng)的反作用。將效應器官做出相應動作的結果作為一種新的刺激，反向傳遞給輸入端，即構成反饋回路。人借助于反饋信息，加強或者抑制信息的再輸入，從而更為有效地調節(jié)效應器官的活動。注意資源：在人類信息加工模型中，注意作為一種重要的心理努力貫穿信息加工的全過程。注意的重要功能在于對外界大量信息進行過濾、篩選，即選擇并跟蹤需要的信息，避開和抑制無關的信息，使需要的信息在大腦中得到精細的加工。注意在一定條件下，還可以在同一時間內分配給兩種或幾種活動，如汽車司機在開車的過程中，既要注意周圍的動態(tài)，又要注意掌握駕駛等。在現(xiàn)代復雜的科學技術和生產活動中，只有具備較高的注意分配能力，才能提高工作效率，防止出現(xiàn)差錯和發(fā)生事故。6.2人的信息輸入信息輸入，亦即信息的接收，是信息加工的第一階段，各種感受器是接收信息的專門裝置。在信息輸入過程中，信息首先需要經過感受器識別。狹義地講，人的信息輸入過程就是信號識別的過程。人的感受器有視、聽、觸、味和嗅覺等多種。其中人類依靠視覺獲得的信息占據所獲得信息總量的80％以上，聽覺信息占信息總量的約10％，視覺和聽覺輸入是外界信息輸入人腦最主要的兩種方式。

6.2.1視覺信息的識別和輸入對視覺信息識別和輸入的整個過程目前還不是很清楚，現(xiàn)有的主要理論有模式匹配理論、原型匹配理論和泛魔識別模型。

模式匹配理論認為需識別的視覺信息，必須與人腦長時記憶中已有的、完全一致的模式進行匹配。原型匹配理論是模式匹配理論的發(fā)展，主張人在長時記憶中存儲的是把從各類圖像中抽象出來的相似性，以之為原型，拿它來檢驗所要識別的圖像。泛魔識別模型是從特征分析的角度來解釋視覺信息的識別。該理論把視覺信息的識別過程分為不同的層次，每一層次都有承擔不同職責的特征分析機制，被非常形象地稱為魔鬼（Demon）。它們依次進行工作，最終完成對視覺信息的識別。

6.2.2聽覺信息的識別和輸入聽覺系統(tǒng)類似視覺系統(tǒng)，利用以前的經驗來識別和接收聽覺信息。

在接收聽覺信息的過程中，聽覺系統(tǒng)把聲音輸入分成三類：噪聲和可以忽略的不重要的聽覺信息；被賦予意義的非語言聽覺信息（如鳥的叫聲）；以及用來組成語言的有意義的聽覺信息。對人類來說，聽覺信息輸入的最重要方面是語言。

“材料驅動”和“概念驅動”是言語感知和理解中相輔相成的兩個過程。材料驅動指的是對言語材料在感知水平上進行的加工過程，它是由下而上（從最低的感覺材料開始）的分析過程。概念驅動是在理解水平上進行的加工過程，它是由上而下（從最高的結構概念開始）的分析過程。6.3人的信息處理從狹義上講，人的信息處理是指從接收信息到輸出操作之間的過程，主要包括信息的傳遞和感知覺辨識（包括判斷）等，其中包含了人類最復雜的腦機制。

感知覺的絕對辨認能力人的信息傳遞能力影響信息處理的因素6.3.1感知覺的絕對辨認能力絕對辨認也稱為絕對判斷，它是指當單個刺激呈現(xiàn)而沒有與其他刺激作比較的條件下，感覺器官所具有的辨認能力。通過測定人的每一種感覺維度的絕對辨認能力，可以確定人在每一種感知覺的維度上所能傳遞的最大信息量。右表顯示了人的主要感知覺的絕對辨認能力。感知覺刺激維度絕對辨認能力（bit/刺激）辨認的刺激數視覺在直線上（在直線度盤上）3.2510點（指針）的位置3.9010顏色（主波長）3.109明度2.305簡單幾何圖形的面積2.202.6056直線的長度2.60~3.007~8

直線傾斜度2.80~3.307~11弧度（其弦不變）1.60~2.204~5聽覺純音強度（音響）2.305純音頻率（音高）2.507味覺食鹽水濃度1.904振動覺（胸）振動強度2.004振動持續(xù)時間2.305振動位置2.807電擊電擊強度1.703電擊持續(xù)時間1.8036.3.2人的信息傳遞能力信息傳遞能力指人類接收到的信息在人體神經系統(tǒng)內的傳遞速度。視覺器官信息的傳遞能力：每秒鐘可以傳遞的信息量約為109bit。

聽覺器官信息的傳遞能力：人的單耳每秒鐘可以傳遞的信息量約為8000bit。人在實際活動中的信息傳遞能力，不僅取決于感覺器官的信息傳遞能力，而且更多地取決于中樞神經和動作反應系統(tǒng)的信息傳遞能力，因此，人的實際信息傳遞能力的水平遠遠低于上述理論估計的能力的水平。

信息傳遞率：是指人在單位時間內從信息接收器所能傳遞至人腦意識的信息量，也稱為人的通道容量，其單位為bit/s。一般認為：在典型的實驗條件下，人的信息傳遞率為一常數約為7bit/s左右。實際上，人的信息傳遞率遠遠高于7bit/s，這是因為作用于人的感官的外界刺激往往都是多維度的。

6.3.3影響信息處理的因素人的信息處理過程受大腦能力的極限和內外條件兩個方面影響。大腦信息處理能力的極限對信息處理的影響

大腦皮質對連續(xù)接受的各種信息不可能全部確切地進行處理。人腦的信息處理能力具備一定限度，在實際中體現(xiàn)為：漏掉了未處理的信息做了錯誤的處理處理延遲信息內容處理不全信息處理的質量降低使用了規(guī)定以外的處理方法放棄處理6.3.3影響信息處理的因素內外因素對信息處理能力的影響

大腦依據記憶積累的經驗來確定如何處理新接收的信息和進行什么樣的行動。信息處理過程與信息處理者的知識、技能等個人的因素有很大關系。同時作業(yè)時間、時機以及作業(yè)條件等也有影響。在這些因素的影響下，信息的處理能力變化很大。影響信息處理能力的內部因素主要有：覺醒水準、動力、學習（練習）、經驗和疲勞等；外部因素主要有：信息呈現(xiàn)的速度、清晰度、噪音水平、并發(fā)性、感覺維度、信號強度等。

6.4人的信息輸出在人－機系統(tǒng)中，人的信息輸出通常表現(xiàn)為效應器官（例如手、足、口、眼）的運動，通俗地講，就是作業(yè)過程。效應器官運動的速度和準確度直接關系到人－機系統(tǒng)的效率和可靠性。在作業(yè)中，人的信息輸出主要表現(xiàn)為：操作運動的輸出言語輸出6.4.1操作運動輸出操作運動類型

根據完成操作的情況，操作運動可分為以下五種：

定位運動重復運動連續(xù)運動逐次運動靜態(tài)調整運動

6.4.1操作運動輸出操作運動的速度

操作運動的速度是衡量人體信息輸出能力的重要指標，目前較為常用的方面包括反應時間、定位運動和重復運動的速度。至于連續(xù)運動、逐次運動和靜態(tài)調整運動的速度等，都可參考反應時間等參數。反應時間：簡稱反應時，是指自刺激呈現(xiàn)到做出反應之間的時間間隔。根據刺激呈現(xiàn)的多少，反應時可分為簡單反應時和選擇反應時兩種。簡單反應時：當單一刺激呈現(xiàn)時，人只需做出一個特定反應所需的時間即為簡單反應時。選擇反應時：當兩種或更多種的刺激呈現(xiàn)時，不同的刺激要求做出不同的反應所需要的時間即為選擇反應時。通常選擇反應時間要比簡單反應時間長20~200ms。6.4.1操作運動輸出右圖表示了不同感覺通道的簡單反應時。

下表顯示了反應時與選擇數目的關系可供選擇的反應數目12345678910反應時（s）0.20.350.400.450.500.550.600.600.650.656.4.1操作運動輸出

影響反應時的因素主要有：感覺通道的種類效應器官的特點刺激的強度和刺激的性質刺激出現(xiàn)時間的不確定性訓練程度反應的復雜性個體身心狀態(tài)，如動機、氣質、靈活性等

6.4.1操作運動輸出

定位運動的速度：定位運動時間隨目標距離的增加而增加，隨目標寬度的增加而縮短。本結果不僅適用于手的定位運動，而且也適用于腳的定位運動。右圖顯示了手向各方向作定位運動的時間差異。（圖中深色橢圓上的點中心點的距離越近，表示運動時間越短。）6.4.1操作運動輸出重復運動的速度：重復運動是在速度上有較高要求的一種運動形式。以下2個表顯示了常用的人體重復運動的參數。人體各部位動作的最大速度（次/min）動作部位動作的最大速度動作部位動作的最大速度手指204~406上臂99~344手360~431腳300~378前臂190~392腿330~406表6-4手運動的最大速度運動類別最大速度右手左手旋轉（r/s）4.84.0推壓（次/s）6.75.3敲擊（次/s）5~148.56.4.1操作運動輸出操作運動的準確度

盲目定位運動的準確度：盲目定位運動的準確度以人的正前方為最高，右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。連續(xù)運動的準確度：在垂直面和水平面內，手臂的前后運動的準確度明顯低于垂直面內上下運動和水平面內左右運動的準確度。

操作運動的準確度

盲目定位運動的準確度

盲目定位運動的準確度以人的正前方為最高；右方稍高于左方；同一方位下方高于上方。

6.4.1操作運動輸出連續(xù)運動的準確度

連續(xù)運動是在運動的全過程中要求準確控制的運動，但是，由于手臂的顫動，往往使運動偏離設計的軌跡，從而導致操作運動的準確度下降。

在垂直面和水平面內，手臂的前后運動的準確度明顯低于垂直面內上下運動和水平面內左右運動的準確度。

圖手臂不同運動方向的顫動對連續(xù)運動準確度的影響6.4.1操作運動輸出

操作運動速度越慢，準確度越高。但當速度慢到一定程度后，再以降低速度來提高準確度已無太大意義。因此，曲線的拐點處（圖中點A），速度-準確度綜合績效最佳，即在該點處不僅速度較快，而且錯誤較少。該點也因此被稱為最佳工作點。在實際工作中，操作者一般愿將工作點選在最佳工作點靠右側的某一位置。

圖速度－準確度操作特性曲線6.4.1操作運動輸出6.4.1操作運動輸出手的運動的一般規(guī)律一般右手較左手運動速度快，故稱右手為優(yōu)勢手。右手由左向右運動又比自右向左運動速度快。手朝向身體的運動比離開身體的運動速度快。前后往復運動比左右往復運動速度快。從上往下運動比從下往上運動速度快。水平面內的運動比垂直面內的運動速度快。旋轉運動比直線運動速度快，而且順時針運動比逆時針運動速度快。向下按的按鈕比向前按的按鈕操作準確；水平安裝的旋鈕比垂直安裝的旋鈕操作準確。手操縱旋鈕、指輪、滑塊的準確度，以操縱旋鈕為最佳，指輪次之，滑塊最差。圓柱狀手柄，直徑