主观评价方法在人因工程领域的应用述评

崔 凯

（西安邮电学院 管理工程学院，陕西 西安710061）

0 引言

人因工程学是一门研究人-机-环境三者之间相互关系的学科，是近几十年发展起来的一门边缘性应用学科。该学科在发展过程中有机地融合了生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和成果，形成自身的理论体系、研究方法，研究和应用的范围非常广泛并具有综合性。该学科的研究目的在于设计和改进人-机-环境系统，使系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适[1]。

人因工程学的核心思想是重视系统中人的因素及其作用，注重人的主观能动性。因此，在各种作业过程中，任务的难度、复杂性等属性、环境条件、系统的可操作性等因素最终都要归结到人的主观感受和评价上。在很多场合，客观指标评价并不一定能独立、确切地得到评价结果，而需借助人的主观感受作为辅助评价，如在评价作业环境过程中，温度值虽然是一个重要的参考指标，但是不同的人在相同的温度所感受到的主观舒适度会有差异，因此评价作业环境就不能单纯使用温度一个指标，而必须考虑人的主观感受。

人的主观评价方法是人因工程学特有的重要研究方法，也是在该学科研究领域中应用非常广泛、效果很好的一种方法。本文的目的是对主观评价方法在人因工程学领域中的应用进行一个简单的述评。

1 脑力负荷的主观评价技术

脑力负荷是指人在执行脑力任务中的负荷大小。常用的脑力负荷测量技术有四类[2]：主任务测量法、次任务测量法、生理心理指标度量法以及主观评价技术。其中最有效、使用最广泛的一类技术就是主观评价技术，它具有：无侵入性、使用简单、信度效度较高、高的敏感性和被试接收程度等显著优点，国内外大量研究都显示出主观评价技术在脑力负荷度量方面的优越性[3-6]。

目前最流行的几个主观评价技术是：（1）库柏-哈柏修正法（Modified Cooper-Harper method，MCH）[7]，是一个 1 维量表，要求被试按照所执行的任务难度对其进行评分，主观评分共分10个等级，最后得到一个介于1～10之间的数字作为任务主观难度得分，数字越大代表难度越高；（2）主观负荷评估技术(subjective workload assessment technique,SWAT)[8]，是一个多维脑力负荷评价量表。由三个条目组成，即时间负荷(time load,T)努力负荷（effort load,E)、心理紧张负荷（psychological stress load,S)，每一条目均分为轻、中、重三个等级，上述三个条目共有3×3×3=27种组合，研究者根据这27种组合制成27张卡片，要求受试者在对一脑力负荷进行评价之前，先对这27张卡片所代表的负荷，根据他们自己的感觉从小到大进行排序，根据受试者的排序情况来确定三个条目对其总脑力负荷的贡献大小(即重要性)。为此，根据每个条目的相对重要性，形成了六个理论上的排序组，如TES组代表受试者认为时间负荷最重要，努力负荷次之，而心理紧张负荷重要性最小。其余各组意义类推。最后根据卡片在负荷排序表中的位置换算为0～100之间的数值，数值越大代表负荷越高。（3）NASA任务负荷指数量表(NASA task load index,NASA-TLX)[3]也是一个多维脑力负荷评价量表。该量表由六个条目组成，即脑力需求(Mental Demand,MD)、体力需求(Physical Demand,PD)、时间需求(Temporal Demand，TD)、努力程度(Effort,EF)、业绩水平(Performance,PE)以及受挫程度(Frustration Level,FR)。使用时，首先要求被试根据任务情况分别对六个条目进行打分（范围1～100），负荷越高，分数也就越高；然后给出这6个条目的重要性权重，最后把所有分数进行加权平均，得到总的脑力负荷主观评价得分。

2 体力负荷的主观评价技术

体力负荷是指人体单位时间内承受的体力工作量的大小。目前体力负荷的测定方法一般包括三种[1]：生理变化测定方法、生化变化测定方法和主观感觉测定方法，其中主观感觉测定是测定体力负荷最方便也是较常用的方法。

自认劳累分级（ratings of perceived exertion，RPE）量表是使用极为广泛的一个测定体力负荷的方法。由Borg设计[9]，被试根据自己对体力任务负荷大小的主观感受填写从6到20的评分，评分越高代表主观努力程度大。该方法对测定体力劳动的强度具有很好的效果，并得到了广泛应用[10]。

3 疲劳的主观测定方法

研究表明，人的疲劳可以从三个方面表现出来：身体的生理变化，如心率、血压的变化；作业能力下降，如对特定信号的判断错误增加；疲劳的自我体验。因此，疲劳的测定方法也包括四类：生化法、生理心理测定法、工作绩效测定和主观评价方法。

目前比较成功的疲劳的主观测定方法是日本产业卫生学会提出的疲劳自觉症状调查量表[11]。该量表将疲劳症状分为身体、精神和神经感觉三项，每一项分为10种，其中身体症状包括：头重、头痛、全身不适、打呵欠、腿软、身体某处不适、出冷汗、口干、呼吸困难、肩痛；精神症状包括：头脑不清、思想不集中、不爱说话、焦躁、精神涣散、对事物冷淡、常忘事、易出错、对事不放心、困倦；神经感觉症状包括：眼睛疲倦、眼睛发干和发滞、动作不灵活和失误、站立不稳、味觉变化、眩晕、眼皮或肌肉发抖、耳鸣和听力下降、手脚打颤、动作不准确，被试根据自身感受选择这些症状，然后专家填写后的量表判断其疲劳程度。

4 人对环境刺激的主观感觉评价

从人因工程学的角度，环境包括声音、光、温度、湿度、空气状况等。人对这些环境刺激的主观感觉评价是指导作业环境设计的重要参考。

心理物理学对人的主观心理量和客观刺激的物理量之间的关系进行了很多经典研究，其中最著名的是“费希纳定律”[12]，它预测了心理量和物理量之间的对数关系。该定律的数学表达公式为：

上式中，Ψ是心理感觉的量值，Φ是物理刺激的单位数量，K为固定系数；该公式可解释为：人的主观感觉强度的变化和刺激强度的对数变化成正比。人们已经将这个公式及方法应用到对各种环境刺激的评价之中，对于不同的感觉通道和刺激方式，K值不同。

4.1 声音

声音的物理度量指标包括频率、波长、声压级，人对声音的主观感觉主要有声音的响度和计权声级。

声音的响度是人耳对声音强度的主观感受，与声音的频率和声强有关，单位是宋（sone）。频率越高，声压级越高，人感受到的响度越高。

计权声级是考虑了人耳对不同频率的声音的不同感受特性，通过对不同频率声音加权计算而得到的声压级，单位为分贝（dB）。

4.2 振动

一个质点或者物体沿着直线或弧线相对于基准位置作来回运动称为振动。振动的基本物理量包括振幅、频率、速度和加速度。振动环境对人体有影响，虽然就本文参考文献所及，还没有一个特别普及的考察人对振动的主观感受的成熟工具，但是研究已经得到了一些基本的结论，比如：坐姿的人，对1～2赫兹的振动感觉舒适，对4～8赫兹的振动感觉不适；30～300赫兹的振动则会引起局部和全身振动疾病[1]。

4.3 光

光的度量物理量包括光通量、发光强度、亮度和照度等。不同的人在不同的工作要求下对光的主观感受也不同。光环境影响人的工作效率、主观舒适度和情绪。我国已经于2004年12月开始实行《工业企业照明设计标准》GB50034-2004[13]，该文件为各种工作环境中的照明条件设计设定了标准。

但是目前对光环境的主观综合评价方法尚未形成统一标准，一个比较常用的工具是光环境指数综合评价法[1]。该方法考虑了光环境对人的多种影响因素，通过问卷考察被试的主观感受。评价因素包括10项：（光环境的）第一印象、照明水平、眩光感觉、亮度分布、光影、颜色显现、光色、表明装修与色彩、室内结构与陈设、同室外的视觉联系；每项因素都有好、一般、不好、很不好四个备选项，最后综合各个因素，得到人对光环境的主观综合感受。

4.4 微气候环境

微气候是指工作环境的局部气候条件，主要包括空气温度、空气湿度、气流温度以及热辐射条件等指标。这几个指标各有其物理测量方法。人体对微气候环境的主观感觉是对环境状况进行评价的重要指标。

目前已有的对微气候环境进行主观评价的方法[1]有：（1）不舒适指数（Discomfort index,DI）法，该方法综合考虑温度和湿度对人体舒适程度的影响；（2）有效温度（感觉温度）法，有效温度是指根据人体具有同等温热感觉的最低气流速度和气温的等效温标。该方法综合考虑温度、湿度、气流速度和热辐射对人体主观感受的影响；（3）三球温度指数（Wet Bulb Globe Temperature Index,WBGT）法，该方法考虑干球湿度、相对湿度、平均辐射温度和风速，是综合评价人体接触作业环境热负荷的一个基本参量。

5 人对机器系统的主观感觉评价

机器系统是人机系统中的客体，属于人机系统的子系统，包括人所操纵的各种机器设备、工具以及与人的交互界面等。在人机系统中，机器的可用性和效率具有极为重要的作用，机器子系统的性能直接影响整个人机系统的性能高低。对人机系统的评价主要包括定性和定量方法，在评价中综合考虑多个因素。

人机系统的种类繁多，不同作业中的要求、复杂性以及关键要素等都不一样，因此所用的评价方法也各有千秋。一般来说，从人的角度对机器系统进行评价，要考虑其工作性能、宜人性、安全性、整体性以及可维护性。

一个通用性很强的主观评价方法是系统分析方法[14]。它在评价过程中体现系统思想，主要步骤是：（1）确定系统目标和子目标；（2）评价各个子目标权重；（3）对各个子目标进行打分并加权，得到最终评价。该方法可针对不同的工作和系统要求，灵活调整子目标和权重。

人机交互界面是连接机器和人的重要环节，人机交互界面的评价是人机系统评价的重要应用方面，而且这一部分的相关研究和成果也很丰富。这一部分的典型研究包括：显示器、指针、信号灯、标志符号、警报器、控制器、显示－控制界面的组合等。在这些界面的设计和评价中，综合考虑人的生理、心理特征、习惯、使用人群以及与其他界面的协调性等因素。

人对机器系统的评价是主观方法在人因工程学领域使用最广泛、作用最大、效果最好的一个分支，几乎任何人机系统，大到航天飞机的发射系统，小到个人操作手机这样的系统，都可以用这种方法来评价其效率和性能，而且目前很多世界知名企业，如Nokia手机、丰田汽车等，有专门的人因工程团队来设计和评价其产品性能，其中一个重要方面就是“以用户为中心的可用性设计与评价”。

6 主观方法在人因工程相关领域中的应用

人因工程的相关领域涉及心理学、生理学、医学等，在这些领域的研究中也有很多主观评价方法可以借鉴。

6.1 情绪

现代研究者普遍认为情绪是一种多维度的心理连续量。情绪一般都使用主观评价的方法来度量，其中比较著名的是依扎德的维量等级量表（Dimensional Rating Scale,DRS）[12]和Plutchik的情绪－心境测查量表（Emotion-Mood Measurement Scale）[15]，前者将情绪划分为愉快维、紧张维、冲动维和确信维四个维度，使用时让被试对每个维度进行打分，最后得到情绪的主观综合评价；后者则使用一个形容词表格来度量人的情绪。

6.2 人格

人格是心理学研究的重要领域，很多研究成果也被应用到工效学之中。主观问卷方法是测量人格最有效的工具之一。最典型的主观人格问卷有：明尼苏达多相人格问卷、卡特尔16种人格因素问卷、艾克森人格问卷等[16]。

6.3 职业问卷

与职业有关的主观问卷包括吉尔福德-齐默尔曼能力倾向量表、区分能力倾向测验（DAT）、霍兰德职业心理测验、斯特朗—坎贝尔兴趣问卷、库德职业兴趣调查表等[17]。

6.4 智力测量

对智力测量的主观问卷研究由来已久，最著名的包括斯坦福—比奈智力量表、韦氏成人智力量表等[16]。

人因工程相关领域的主观评价方法还有很多，篇幅所限，在此不再一一赘述。

7 讨论和展望

主观评价方法在人因工程学及其相关领域的应用很广泛，但是主观评价方法不是人因方法学的全部，人因工程的研究依靠主观和客观方法的配合。主观方法虽然具有无侵入性、使用简单等突出优点，但是由于人的主观性容易导致测量结果受到无法度量或无法排除的因素影响，比如人在不同的心情条件下做同一份问卷，其结果可能会大相径庭。这是主观评价方法不可回避的缺陷。与此同时，使用一些客观指标则可能有效地排除这类方法隐含的缺陷。

随着技术的不断进步，很多新的仪器和方法被应用到人因工程领域，比如，使用脑成像技术来研究脑力活动的过程和机理。主观评价方法在人因工程的应用呈现出以下趋势：（1）新的评价方法产生，考虑了更多、更全面的因素及过程；（2）主观指标和客观指标的整合，如Miyake[18]综合使用包含心率变动率、手指电位和拇指排汉水平在内的生理指标和包含智力需求、时间需求以及努力程度的主观指标，形成一个总指标来度量脑力负荷。总之，主观评价方法是人因工程方法学的重要组成部分，具有良好的发展和应用前景。

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