第2讲人因工程研究方法与过程课件.ppt

1,主讲人：,2013年3月,安全与环境工程学院工业工程教研室人因工程与安全管理研究所,第二讲人因工程研究方法与过程,人因工程学课程教学,2,2.1 研究方法概述2.2 人因工程研究过程与原则2.3 人因工程研究方法与工具2.4 实验伦理,内容目录,3,人因工程在很大程度上是一门实验科学，其主要任务是把与人的能力和行为有关的信息及研究结果应用于产品、设施、程序和周围环境的设计中去。这些知识主要来源于实验和观察。,2.1 人因工程研究过程、方法与工具,4,2.1 研究方法概述,（1）从研究手段看：研究方法可以分为实验性和非实验性两大类，即实验法与非实验法实验法：是基于人为控制某些因素，通过实验测试特定因素的影响非实验法：通过调查法、观测法（行为观测）、测试法（心理测试、感觉评判法；身体测量、生理指征测量）等方法开展研究的（2）从研究结果看可分为描述性研究、试验性研究与评价研究 研究大致可分为描述性研究、实验性研究和评价性研究，但不管哪种研究都会涉及如下内容：研究情境的选择变量的选择受试者的选择资料收集方法的选择资料分析方法的选择,5,描述性研究描述性研究的目的是识别某些重要属性，以描述某一母群体（事物、现象或人员）的特征，反映母群体的某参数（如平均数）描述性研究表面上看学问不大，但这些研究所提供的资料却是许多物品与工程设计决策的重要基础情境的选择：决定此研究进行的场所，在实地或实验室变量的选择：标准变量（如身体特征、行为数据、主观资料或生理指标）和层次变量（如群体的年龄、性别或教育程度等）受试者的选择：研究中往往花不少精力于抽样计划和受试者招募，但其中要特别注意的问题有，样本的代表性、样本的随机性或样本大小的选择资料收集方法：实地或实验室收集、问卷或访谈等资料分析方法：一些基本的统计计算,6,实验性研究实验性研究的目的是检验某些变量对行为的影响。这些变量通常根据实际情境或理论预测来确定所关心的是某一变量对行为是否产生影响及其影响大小，反映不同条件下所造成的绩效差异情境的选择：实地情境（工作变量、环境及受试者都是真实情况）或实验室情境（变量可控制、可重复且资料收集更精确）。通常采用实体或电脑模拟的方式进行变量的选择：被操作的称为自变量（如实验内容、实验环境和被试特征），所测的行为称为因变量（除身体特征外的其他想要的指标）受试者的选择：受试者所受自变量的影响是否与母群体相同，以控制误差资料收集方法：可利用计算机或较复杂的方法，但要避免掉进浩瀚的资料海洋资料分析方法：常使用推论统计技术，主要检验统计显著性,7,评价性研究评价性研究一般探讨的范围更广泛且更具整体性与实验性研究相比，通常“变量”指的是一系统或产品与描述性研究相比，试图描述人使用一系统或产品的绩效与行为,8,（3）选择研究方法时应考虑的因素有：效果:该方法能达成研究目的之程度方便：研究方法运用上的简便性成本：演技方法在经济、资料要求、设备、人力与时间上所付出的代价弹性：研究方法能适应于不同场合与情况的程度范围：研究方法所测量的现象、行为与事件之数量效度：研究方法所获得资料与真实生活中所发生者的相似度信度：研究方法所获得资料与历经时间迁移及多次应用之间的一直程度客观：研究方法之运用结果乃依凭据、程序资料，不因研究者之不同而异的程度保密、伦理、道德等因素也应适当考虑,9,2.1 研究方法概述2.2 人因工程研究过程与原则2.3 人因工程研究方法与工具2.4 实验伦理,内容目录,10,2.2 人因工程研究过程与原则,1、人因工程研究过程 一个具体的研究有基本研究过程：选择研究地点、选择变量、选择采样主体、收集数据、分析数据。 研究地点选择 研究地点的选择是第一个需要决定的问题，其内容就 是选择实地研究，还是选择在实验室中进行研究。对于不同的研究方法有不同的选择规则。自变量选择 描述性研究 ：标准变量、分层变量（预测）; 试验性研究：独立变量、非独立变量; 评价研究 ：为评价研究选择变量，要求研究人员把被评价系统或设备的目标转化成具体的、可测量的标准变量。,11,被测者选择 描述性研究 代表性的抽样 、随机抽样样本空间大小 试验性研究选择具有代表性的、一般化个体 评价研究 选择个体与描述性研究和试验性研究考虑的因素一样，被测对象必须能够代表最终用户群体数据收集 描述性研究：可以在实地或实验室中进行 试验性研究：常采用计算机辅助的方法 评价研究：通过研究人员观察或访问使用者来收集数据,12,数据分析 描述性研究 常采用基本的统计方法进行。如计算频率分布、平均值、中位数、标准偏差、相关系数、百分位数等 试验性研究 试验性研究中的数据常用一些较为复杂的数理统计方法进行分析，如方差分析、回归分析等 评价性研究 评价性研究中的数据也常用一些较复杂的数理统计方法进行分析因变量的分类 系统因变量 反映整个系统基本性能，多用于评价研究，较少用于描述性研究和试验性研究，比如设备的可靠性、耐磨损性、操作成本和维修性能，以及一些具体的特性，如最大转速、重量等 任务变量 描述任务完成的情况。这样的变量有产出数量，如搬运土方数等；,13,产出质量，如事故次数、设计好的路径的偏差等；完成时间，如在电路中找出错误的时间，任务开始时的延迟时间。 人员变量 人员变量用于描述执行任务时人的行为和反应。常用绩效测量、生理指标、主观反应来度量。因变量的要求基本要求: 客观存在与数量较多无突变与容易收集需要特别的数据收集技术消耗尽可能少的财力和实验者的精力。可靠性:是指对一个变量测量多次结果保持稳定的特性正确性：如方向正确性、内容正确性与体系正确性防止干扰因素的影响：因变量不能受那些与体系无关的变量的影响敏感性,14,2、人因工程研究原则客观性原则系统性原则,15,2.1 研究方法概述2.2 人因工程研究过程与原则2.3 人因工程研究方法与工具2.4 实验伦理,内容目录,16,2.3 人因工程主要研究方法与工具 -研究方法,（1）调查法 调查法是获取有关研究对象材料的一种基本方法，包括访谈法、考察法和问卷法。访谈法： 研究者通过询问交谈来搜集有关资料的方法。要求做到与被调查者进行良好的沟通和配合，引导谈话围绕主题展开，并尽量客观真实。考察法： 常用于研究实际问题，通过实地考察，发现现实的人一机一环境系统中存在的问题，为进一步开展分析、实验和模拟提供背景资料。要求研究者熟悉实际情况，并有实际经验，善于在人、机、环境各因素的复杂关系中发现问题和解决问题。问卷法： 研究者根据研究目的编制一系列的问题和项目，以问卷或量表的形式收集被调查者的答案并进行分析的一种方法。问卷设计要能满足信度、效度的要求；问卷提问要通俗易懂，回答标准应力求简洁明了。,17,（2）观测法 采用各种各样人为的观测方法，对操作人员的动作和工艺流程等进行分析，研究人机系统中人机的动作状态。观测作业的动作或时间消耗，流水线生产节拍是否合理，汽车总装的过程等。需要借助计时器、录像机等仪器设备；要事先确定观测目的并制定计划，以避免发生误观测和漏观测的现象；为了保证对客观事物正确、全面地感知，不但要坚持客观性、系统性原则，还要认真细致地做好观测的准备工作。 （3）实测方法 指采用仪器设备对研究对象进行实际测量检测的方法。用三维人体扫描仪进行人体静动态参数的测量；用医疗仪器进行人体生理参数的测量和人机系统参数、作业环境参数的测量等。,18,（4）模拟和模型实验法 ： 模拟是指对各种技术和装置的模拟。操作训练模拟器、人体模型、机械模型等这种模拟方法可对诸如飞行员夜航操作系统进行逼真的实验，也可得到从实验研究外推得到所需要的更符合实际的数据。 (5)仿真法： 数据仿真是指在计算机上利用系统的数学模型进行仿真性实验研究。人们可对设计阶段的未来系统进行仿真，并对系统中人机环境要素的功能特点相互间的协调性进行分析，从而预知设计产品的性能；由于数值仿真研究成本低，周期短，已成为人因工程研究的先进方法。 (6)实验法： 在人为控制的条件下，系统地改变一定变量因素，以引起研究对象相应变化来进行因果推论和变化预测的一种研究方法，是人因工程研究中是一种很重要的方法。其特点为可以系统地控制变量，使所研究的现象重复发生，反复观察，使研究结果容易得到验证，并且可对各种无关因素进行控制。,19,分为实验室实验和现场实验；实验室实验是借助专门的实验设备，在人为实验条件下进行的。由于对实验条件控制严格，故有助于发现事件的因果关系，并允许对实验结果进行反复验证；现场实验也对实验条件进行适当的控制，但由于实验是在现场正常的情况下进行的，因此，实验结果比较符合实际。 (7)分析法： 分析法是指占有一定资料和数据后采用的一种研究方法。 瞬间操作法： 生产过程、人机之间的信息传递一般都是连续的，只能用间歇性的分析测定法，即采用随机取样法，对人机之间在每一间隔时刻的信息进行测定，然后用推理的方法进行整理，可获得人-机-环境系统的研究数据。 知觉与运动信息分析法 ： 外界的信息先由人的感知器官传到神经中枢，经大脑处理后，产生反应信号再传递给肢体对机械进行操作，机械又将状态信息反馈给操作者，形成一种反馈系统。知觉与运动信息分析法是对此反馈系统进行测定分析，并用信息传递理论阐明人机间信息传递的数量关系。动作负荷分析法： 在规定操作所必需最小间隔时间的条件下，用计算机技术分析人连续操作的情况，从而推算人工作的负荷程度，此外，对在单位时间内工作负荷进行分析，也可以获得以单位时间的作业负荷率表示的全工作负荷。,20,频率分析法 对人机系统中机械系统的使用频率和人的操作动作频率进行测定分析。也可以获得作为调整操作人员负荷参数的依据。 危象分析法： 对事故或近似事故的危象进行分析，特别有助于识别容易诱发错误的情况，同时，也能方便地找出系统中存在的而又须用较复杂的研究方法才能发现的问题。 相关分析法： 指利用变量之间的统计关系对变量进行描述和推测，或者找出合乎规律的东西。例如，对人的身高和体重两种变量进行相关分析，可以用身高描述人的体重。 (8)心理测验法： 心理测验法是指以心理学有关个体差异理论为基础，将操作者个体在某种心理测验中的成绩与常模作比较，以分析被试者的特点。心理测验法可分为团体测验和个体测验；前者可在同一时间内测量大批人员，可节省时间和费用，适合时间紧、待测人数较多的场合；后者则个别进行，能获得更全面和更具体的信息，但时间较长；心理测验按测试内容分为能力测验、智力测验和个性测验。,21,(9)感觉评价法： 是运用人的主观感受对系统的质量、性质等进行评价和判定的一种方法，即人对事物客观量做出主观感觉评价。感觉评价的对象可分为两类：一类是对产品或系统的特定质量、性质进行评价，如对声压级、照度、亮度、空气的干湿程度、长度、重量、表面状况等的评价；另一类是对产品或系统的整体进行综合评价，如对舒适性、使用性、居住性、满意度、爱好、情绪、感觉、消费者态度等的评价。前者可借助计测仪器或部分借助计测仪器进行评价；后者依靠人的感觉进行评价。其主要目的：按一定标准将各个对象分成不同的级别与等级，评定各对象的大小和优劣；按某种标准，度量对象大小和优劣的顺序等。 (10)图示模型法： 是指用图形对系统进行扫描的方法，可直观地反映各要素之间的关系，从而揭示系统本质。三要素图示模型是图示模型法中常用的一种静态图示模型，如下图所示；,22,上图中方框的大小和要素之间连线的粗细均表示重要程度；上图示模型法多用于机具、作业和环境的设计与改进，特别适合于分析人机之间的关系。,23,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,人因工程的研究方法案例- 以眼动仪研究认知,The subject in the experiment based on the eye tracking system.,24,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,Goal-driven,Stimulus-driven,人因工程的研究方法案例- 以眼动仪研究认知,25,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,人因工程的研究方法案例- 以眼动仪研究认知,26,2.3 人因工程研究方法与工具-研究工具,（1）研究工具体系,27,（2）硬件工具：实验基础环境测量工具 实验基础环境测控主要是对实验环境参数进行测量与控制，内容包括温度、湿度、光照、噪声、辐射、空气等环境参数，测量仪器包括温度计、湿度计、照度计、噪声计等 生理参数测量工具 生理参数测量仪器主要针对实验被试的基本生理参数进行测 量，获取被试的基本生理特征，包括三个小类： 单维静态生理参数测量仪器 多维静态生理参数测量仪器 动态生理参数测试仪器心理参数测量工具 心理参数测量仪器主要是结合认知心理学，测量反应人类心理和认知过程的各种参数，主要分为感知觉类、记忆类、情绪和技能类等。,28,感知类心理参数测量：主要有眼动仪、实体镜、长度和面积估计器、动景器、深度知觉仪等。 记忆类测量仪器：记忆看作是对输入信息的编码、贮存和提取的过程。记忆类实验仪器主要有注意力分配仪、速示器、记忆鼓、多重选择器等。 情绪和技能类测量仪器：主要考查被试在不同作业状态下的情绪和其表现出来的作业技能。主要仪器有动作稳定器、简单选择反应测试仪、选择反应测试仪等。,29,（3）软件类工具：数字人体模型与人机交互分析类软件 通过在虚拟环境中较精确的定义不同尺寸的数字人体， 建立人体数字模型，定义其完成指定的任务并分析相应的性能。 代表性的软件有JACK、RAMSIS、ManneQuinPRO软件等。 行为观测与认知心理分析软件 记录被研究对象各种行为发生的时刻、持续时间和发生次数，然后进行统计处理。通过对操作者不同行为的统计结果分析人机交互过程中人的认知心理反应过程。 代表性的软件有荷兰Noldus公司的行为观察分析系统等。 动作分析类软件 利用一种新颖的图形用户界面自动对作业过程中看到的行为进行时间、动作研究以及人因学分析的工具软件。 代表性的软件有Ariel Dnymics公司开发的Ariel Performance Analysis System(APAS)动作分析系统等。,30,（4）量表类工具：人因工程审计类量表 ：IEA核对表：一个综合考虑体力负荷、感知负荷、脑力负荷与工人、环境、工作方法/工具/机器相关联的逻辑框架。 位置分析调查表（Position Analysis Questionnaire）：面向操作者的结构化的工作分析表，有187个问题，可用于操作者的人的行为特征分析。 AET核对表：主要用于作业人员的个体特征分析，包括作业人员之间的协作特征分析，AET广泛使用于需求分析、工作设计、人员管理、职业咨询和研究等方面。认知心理量表 ：态度量表：如瑟斯顿态度量表、波哥达斯社会距离量表； 自陈量表：如明尼苏达多相人格量表、16种人格因素量表、爱德华个性偏好量表； 压力测试量表：如荷马压力量表、九十项症状自评量表。,31,职业健康与安全类量表 ：上肢核对表（Upper-Extremity Checklist）：主要用于引起人体局部（上肢）累积损伤的生物力学压力问题。 博格量表：评估实验者明确的表达身体上的酸痛或不适，并也可对实验的组合提出意见及评估，让主试者可迅速且简单的得到这些信息。 OWAS 姿势分析量表(Ovako Working Posture Analysis System)：主要功能在于可以界定出工作时的身体姿势，并按照其可能引发伤害的程度来区分等级,32,（5）综合类研究工具：可用性测评系统 主要用途是产品的可用性，用户需求分析及用户研究，计算机人机交互测评等实验研究。 该实验系统主要由实验室和观察室组成，实验室和观察室之间有一面隔音、单向透光的镜子，同时配备有视频设备、监控设备、音频设备和图像合成设备等。,33,人因工程专业实验仪器设备,多导生理仪 一种国际技术领先的人体综合生理心理指标检测和分析设备。,34,功能磁共振成像（fMRI）脑电仪（脑电位事件）：ERP 用于研究脑部的结构以及在运行过程中的各种机理。,人因工程专业实验仪器设备,35,眼动仪 通过对眼动轨迹的记 录从中提取诸如注视点、注视时间和次数、眼跳距离、瞳孔大小等数据，从而研究个体的内 在认知过程。,人因工程专业实验仪器设备,36,数字人体模型与人机交互分析类软件通过在虚拟环境中较精确的定义不同尺寸的数字人体， 建立人体数字模型，定义其完成指定的任务并分析相应的性能。代表性的软件有JACK、RAMSIS、ManneQuinPRO软件等。,人因工程专业实验仪器设备,37,HumanCAD人体运动仿真软件ErgoMaster 人体仿真软件,人因工程专业实验仪器设备,38,行为观测与认知心理分析软件记录被研究对象各种行为发生的时刻、持续时间和发生次数，然后进行统计处理。通过对操作者不同行为的统计结果分析人机交互过程中人的认知心理反应过程。代表性的软件有荷兰Noldus公司的行为观察分析系统等。,人因工程专业实验仪器设备,39,在进行认知心理学、认知工效学、脑力负荷等研究中，可以借助计算机辅助编程技术，将心理学实验人员的工作量大大降低。E-Prime是由卡奈基-梅龙大学和匹兹堡大学联合开发心理学实验软件。,E-prime软件,人因工程专业实验仪器设备,40,动作分析类软件利用一种新颖的图形用户界面自动对作业过程中看到的行为进行时间、动作研究以及人因学分析的工具软件。代表性的软件有Ariel Dnymics公司开发的Ariel Performance Analysis System(APAS)动作分析系统等,人因工程专业实验仪器设备,41,2.1 研究方法概述2.2 人因工程研究过程与原则2.3 人因工程研究方法与工具2.4 实验伦理,内容目录,42,保密：尊重受试者的隐私权征求同意：当实验有身心受伤害的可能时，受者试有权决定是否参与隐瞒研究目的：有些研究若事先得知则可能无法研究目的风俗及文化禁忌诚信且全面-科学研究都应遵守信实原则,人因工程的实验伦理,43,谢谢各位！,欢迎大家提问！,