人的信息處理

人的信息處理lab,ManagementSchool,Xi’anJiaotongUniversity,China第一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY篇章總匯總論第1章人因工程概述第2章人因工程的研究方法與工具基礎(chǔ)篇第3章人體測(cè)量第4章人體生理特性第5章人的心理認(rèn)知特征第6章人的信息處理第7章人的作業(yè)環(huán)境應(yīng)用篇第8章作業(yè)空間設(shè)計(jì)第9章肌肉骨骼失調(diào)及其預(yù)防第10章腦力負(fù)荷與腦力工作績(jī)效提升第11章人機(jī)界面設(shè)計(jì)擴(kuò)展篇第12章可用性第13章安全性第二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY第6章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(dòng)中，要不斷地接收各種信息并做出反應(yīng)，如果用信息的觀點(diǎn)解釋人的認(rèn)知過(guò)程，那么人可以被看作是一個(gè)信息處理和加工系統(tǒng)，而人在人機(jī)系統(tǒng)的特定作業(yè)中的各種活動(dòng)，都是信息接收、傳遞和加工的過(guò)程。人的信息處理過(guò)程和特點(diǎn)是認(rèn)知心理學(xué)研究的重要內(nèi)容，同時(shí)其研究成果在人因工程的工業(yè)實(shí)踐中的應(yīng)用也極為廣泛，涉及人的信號(hào)識(shí)別、信息加工、作業(yè)動(dòng)作和言語(yǔ)輸出等很多方面。本章將對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行介紹。

第三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.1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

第四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.1.1信息及其度量信息是能消除事先不能確定的情況（即先驗(yàn)不確定性）的信號(hào)或知識(shí)，是一種抽象量。信息量的大小可用消除不確定性的多少來(lái)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(shù)。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(wú)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(guān)系式如下：信息量的單位的確定取決于上式中的對(duì)數(shù)底a。通常廣泛采用的信息量單位為比特（Bit），此時(shí)取對(duì)數(shù)的底a=2。第五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.1.2人因工程的信息分類根據(jù)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(jù)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(shù)字、符號(hào)的簡(jiǎn)易信息時(shí)間脈沖信息第六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.1.3信息加工模型

記憶知覺編碼決策長(zhǎng)時(shí)記憶操作記憶反應(yīng)執(zhí)行感覺儲(chǔ)存注意資源反饋刺激人的信息加工模型可以簡(jiǎn)單表示為下圖：第七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.1.3信息加工模型圖中的各模塊的機(jī)能感覺儲(chǔ)存：又稱為感覺登記、感覺記憶或瞬時(shí)記憶，是外界輸入刺激后人對(duì)信息進(jìn)行加工的第一個(gè)模塊。它儲(chǔ)存輸入感覺器官的刺激信息，保持極短時(shí)間記憶。瞬時(shí)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(zhuǎn)換成一種較持久的形式而得到保持，否則，信息就會(huì)迅速消失。知覺過(guò)程的信息加工：可分為“自下而上”和“自上而下”兩種方式?！白韵露稀钡男畔⒓庸な怯奢斎氲男畔ⅲ创碳の锏淖饔茫┧鸬募庸?，它主要依賴刺激物自身的性質(zhì)和特性?！白陨隙隆钡募庸な菑闹R(shí)經(jīng)驗(yàn)開始的加工，當(dāng)外界刺激輸入后，在注意的參與下進(jìn)行編碼，頭腦中已儲(chǔ)存的與剛輸入的信息有關(guān)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，甚至有組織的結(jié)構(gòu)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。“自下而上”和“自上而下”是大腦統(tǒng)一加工信息過(guò)程中的兩種方式，互相聯(lián)系、互相補(bǔ)充。

第八頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.1.3信息加工模型記憶和決策：作為人的信息加工過(guò)程的兩個(gè)模塊來(lái)看待。某個(gè)知覺對(duì)象一旦被知覺歸類確定，個(gè)體將經(jīng)選擇決定對(duì)它做出某種行動(dòng)。在有些情況下，人也可能對(duì)當(dāng)前出現(xiàn)的刺激暫不做出反應(yīng)，而是決定把這些刺激的信息或者存入短時(shí)記憶，暫時(shí)保持不超過(guò)1min的時(shí)間，或者存入長(zhǎng)時(shí)記憶，永久儲(chǔ)存起來(lái)，到需要時(shí)，再根據(jù)預(yù)定的檢索計(jì)劃和方法，由長(zhǎng)期記憶中檢索出信息輸送到短時(shí)記憶，進(jìn)行選擇執(zhí)行。在實(shí)際決策中，往往包含多種可能的行動(dòng)方案。反應(yīng)執(zhí)行：信息經(jīng)上述加工后，如果人決定對(duì)外界刺激采取某種反應(yīng)活動(dòng)，這個(gè)決策將以指令形式輸送到效應(yīng)器官，支配效應(yīng)器官做出相應(yīng)的動(dòng)作。效應(yīng)器官是反應(yīng)活動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如手指），反應(yīng)執(zhí)行就是信息輸出的過(guò)程。

第九頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.1.3信息加工模型反饋：實(shí)質(zhì)上是被動(dòng)系統(tǒng)對(duì)主動(dòng)系統(tǒng)的反作用。將效應(yīng)器官做出相應(yīng)動(dòng)作的結(jié)果作為一種新的刺激，反向傳遞給輸入端，即構(gòu)成反饋回路。人借助于反饋信息，加強(qiáng)或者抑制信息的再輸入，從而更為有效地調(diào)節(jié)效應(yīng)器官的活動(dòng)。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(guò)程。注意的重要功能在于對(duì)外界大量信息進(jìn)行過(guò)濾、篩選，即選擇并跟蹤需要的信息，避開和抑制無(wú)關(guān)的信息，使需要的信息在大腦中得到精細(xì)的加工。注意在一定條件下，還可以在同一時(shí)間內(nèi)分配給兩種或幾種活動(dòng)，如汽車司機(jī)在開車的過(guò)程中，既要注意周圍的動(dòng)態(tài)，又要注意掌握駕駛等。在現(xiàn)代復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)活動(dòng)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(cuò)和發(fā)生事故。第十頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.2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(guò)程中，信息首先需要經(jīng)過(guò)感受器識(shí)別。狹義地講，人的信息輸入過(guò)程就是信號(hào)識(shí)別的過(guò)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(jù)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。

第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.2.1視覺信息的識(shí)別和輸入對(duì)視覺信息識(shí)別和輸入的整個(gè)過(guò)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(shí)別模型。

模式匹配理論認(rèn)為需識(shí)別的視覺信息，必須與人腦長(zhǎng)時(shí)記憶中已有的、完全一致的模式進(jìn)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(zhǎng)時(shí)記憶中存儲(chǔ)的是把從各類圖像中抽象出來(lái)的相似性，以之為原型，拿它來(lái)檢驗(yàn)所要識(shí)別的圖像。泛魔識(shí)別模型是從特征分析的角度來(lái)解釋視覺信息的識(shí)別。該理論把視覺信息的識(shí)別過(guò)程分為不同的層次，每一層次都有承擔(dān)不同職責(zé)的特征分析機(jī)制，被非常形象地稱為魔鬼（Demon）。它們依次進(jìn)行工作，最終完成對(duì)視覺信息的識(shí)別。

第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.2.2聽覺信息的識(shí)別和輸入聽覺系統(tǒng)類似視覺系統(tǒng)，利用以前的經(jīng)驗(yàn)來(lái)識(shí)別和接收聽覺信息。

在接收聽覺信息的過(guò)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(yǔ)言聽覺信息（如鳥的叫聲）；以及用來(lái)組成語(yǔ)言的有意義的聽覺信息。對(duì)人類來(lái)說(shuō)，聽覺信息輸入的最重要方面是語(yǔ)言。

“材料驅(qū)動(dòng)”和“概念驅(qū)動(dòng)”是言語(yǔ)感知和理解中相輔相成的兩個(gè)過(guò)程。材料驅(qū)動(dòng)指的是對(duì)言語(yǔ)材料在感知水平上進(jìn)行的加工過(guò)程，它是由下而上（從最低的感覺材料開始）的分析過(guò)程。概念驅(qū)動(dòng)是在理解水平上進(jìn)行的加工過(guò)程，它是由上而下（從最高的結(jié)構(gòu)概念開始）的分析過(guò)程。第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.3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(guò)程，主要包括信息的傳遞和感知覺辨識(shí)（包括判斷）等，其中包含了人類最復(fù)雜的腦機(jī)制。

感知覺的絕對(duì)辨認(rèn)能力人的信息傳遞能力影響信息處理的因素第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.3.1感知覺的絕對(duì)辨認(rèn)能力絕對(duì)辨認(rèn)也稱為絕對(duì)判斷，它是指當(dāng)單個(gè)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(rèn)能力。通過(guò)測(cè)定人的每一種感覺維度的絕對(duì)辨認(rèn)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(duì)辨認(rèn)能力。感知覺刺激維度絕對(duì)辨認(rèn)能力（bit/刺激）辨認(rèn)的刺激數(shù)視覺在直線上（在直線度盤上）3.2510點(diǎn)（指針）的位置3.9010顏色（主波長(zhǎng)）3.109明度2.305簡(jiǎn)單幾何圖形的面積2.202.6056直線的長(zhǎng)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(qiáng)度（音響）2.305純音頻率（音高）2.507味覺食鹽水濃度1.904振動(dòng)覺（胸）振動(dòng)強(qiáng)度2.004振動(dòng)持續(xù)時(shí)間2.305振動(dòng)位置2.807電擊電擊強(qiáng)度1.703電擊持續(xù)時(shí)間1.803第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.3.2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(jīng)系統(tǒng)內(nèi)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(shí)際活動(dòng)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(jīng)和動(dòng)作反應(yīng)系統(tǒng)的信息傳遞能力，因此，人的實(shí)際信息傳遞能力的水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述理論估計(jì)的能力的水平。

信息傳遞率：是指人在單位時(shí)間內(nèi)從信息接收器所能傳遞至人腦意識(shí)的信息量，也稱為人的通道容量，其單位為bit/s。一般認(rèn)為：在典型的實(shí)驗(yàn)條件下，人的信息傳遞率為一常數(shù)約為7bit/s左右。實(shí)際上，人的信息傳遞率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于7bit/s，這是因?yàn)樽饔糜谌说母泄俚耐饨绱碳ね际嵌嗑S度的。

第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.3.3影響信息處理的因素人的信息處理過(guò)程受大腦能力的極限和內(nèi)外條件兩個(gè)方面影響。大腦信息處理能力的極限對(duì)信息處理的影響

大腦皮質(zhì)對(duì)連續(xù)接受的各種信息不可能全部確切地進(jìn)行處理。人腦的信息處理能力具備一定限度，在實(shí)際中體現(xiàn)為：漏掉了未處理的信息做了錯(cuò)誤的處理處理延遲信息內(nèi)容處理不全信息處理的質(zhì)量降低使用了規(guī)定以外的處理方法放棄處理第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.3.3影響信息處理的因素內(nèi)外因素對(duì)信息處理能力的影響

大腦依據(jù)記憶積累的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定如何處理新接收的信息和進(jìn)行什么樣的行動(dòng)。信息處理過(guò)程與信息處理者的知識(shí)、技能等個(gè)人的因素有很大關(guān)系。同時(shí)作業(yè)時(shí)間、時(shí)機(jī)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(nèi)部因素主要有：覺醒水準(zhǔn)、動(dòng)力、學(xué)習(xí)（練習(xí)）、經(jīng)驗(yàn)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(hào)強(qiáng)度等。

第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4人的信息輸出在人－機(jī)系統(tǒng)中，人的信息輸出通常表現(xiàn)為效應(yīng)器官（例如手、足、口、眼）的運(yùn)動(dòng)，通俗地講，就是作業(yè)過(guò)程。效應(yīng)器官運(yùn)動(dòng)的速度和準(zhǔn)確度直接關(guān)系到人－機(jī)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(yùn)動(dòng)的輸出言語(yǔ)輸出第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4.1操作運(yùn)動(dòng)輸出操作運(yùn)動(dòng)類型

根據(jù)完成操作的情況，操作運(yùn)動(dòng)可分為以下五種：

定位運(yùn)動(dòng)重復(fù)運(yùn)動(dòng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)逐次運(yùn)動(dòng)靜態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)

第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4.1操作運(yùn)動(dòng)輸出操作運(yùn)動(dòng)的速度

操作運(yùn)動(dòng)的速度是衡量人體信息輸出能力的重要指標(biāo)，目前較為常用的方面包括反應(yīng)時(shí)間、定位運(yùn)動(dòng)和重復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度。至于連續(xù)運(yùn)動(dòng)、逐次運(yùn)動(dòng)和靜態(tài)調(diào)整運(yùn)動(dòng)的速度等，都可參考反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)。反應(yīng)時(shí)間：簡(jiǎn)稱反應(yīng)時(shí)，是指自刺激呈現(xiàn)到做出反應(yīng)之間的時(shí)間間隔。根據(jù)刺激呈現(xiàn)的多少，反應(yīng)時(shí)可分為簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)和選擇反應(yīng)時(shí)兩種。簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)：當(dāng)單一刺激呈現(xiàn)時(shí)，人只需做出一個(gè)特定反應(yīng)所需的時(shí)間即為簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)。選擇反應(yīng)時(shí)：當(dāng)兩種或更多種的刺激呈現(xiàn)時(shí)，不同的刺激要求做出不同的反應(yīng)所需要的時(shí)間即為選擇反應(yīng)時(shí)。通常選擇反應(yīng)時(shí)間要比簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)20~200ms。第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4.1操作運(yùn)動(dòng)輸出右圖表示了不同感覺通道的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)。

下表顯示了反應(yīng)時(shí)與選擇數(shù)目的關(guān)系可供選擇的反應(yīng)數(shù)目12345678910反應(yīng)時(shí)（s）0.20.350.400.450.500.550.600.600.650.65第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4.1操作運(yùn)動(dòng)輸出

影響反應(yīng)時(shí)的因素主要有：感覺通道的種類效應(yīng)器官的特點(diǎn)刺激的強(qiáng)度和刺激的性質(zhì)刺激出現(xiàn)時(shí)間的不確定性訓(xùn)練程度反應(yīng)的復(fù)雜性個(gè)體身心狀態(tài)，如動(dòng)機(jī)、氣質(zhì)、靈活性等

第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4.1操作運(yùn)動(dòng)輸出

定位運(yùn)動(dòng)的速度：定位運(yùn)動(dòng)時(shí)間隨目標(biāo)距離的增加而增加，隨目標(biāo)寬度的增加而縮短。本結(jié)果不僅適用于手的定位運(yùn)動(dòng)，而且也適用于腳的定位運(yùn)動(dòng)。右圖顯示了手向各方向作定位運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差異。第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4.1操作運(yùn)動(dòng)輸出重復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度：重復(fù)運(yùn)動(dòng)是在速度上有較高要求的一種運(yùn)動(dòng)形式。以下2個(gè)表顯示了常用的人體重復(fù)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)。人體各部位動(dòng)作的最大速度（次/min）動(dòng)作部位動(dòng)作的最大速度動(dòng)作部位動(dòng)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(yùn)動(dòng)的最大速度運(yùn)動(dòng)類別最大速度右手左手旋轉(zhuǎn)（r/s）4.84.0推壓（次/s）6.75.3敲擊（次/s）5~148.5第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4.1操作運(yùn)動(dòng)輸出操作運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度

盲目定位運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度：盲目定位運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)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(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度：在垂直面和水平面內(nèi)，手臂的前后運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度明顯低于垂直面內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)和水平面內(nèi)左右運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。

第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期五SchoolofmanagementUNIVERSITY6.4.1操作運(yùn)動(dòng)輸出手的運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律一般右手較左手運(yùn)動(dòng)速度快，故稱右手為優(yōu)勢(shì)手。右手由左向右運(yùn)動(dòng)又比自右向左運(yùn)動(dòng)速度快。手朝向身體的運(yùn)動(dòng)比離開身體的運(yùn)動(dòng)速度快。前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)比左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度快。從上往下運(yùn)動(dòng)比從下往上運(yùn)動(dòng)速度快。水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)比垂直面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度快。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)比直線運(yùn)動(dòng)速度快，而且順時(shí)針運(yùn)動(dòng)比逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)速度快。向下按的按鈕比向前按的按鈕操作準(zhǔn)確；水平安裝的旋鈕比垂直安裝的旋鈕操作準(zhǔn)確。手操縱旋鈕、指輪、滑塊的準(zhǔn)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10mm左右的比30mm以上的操