时间压力对车载信息终端操作绩效影响的实验研究

张 征， 刘维平， 聂俊峰， 傅斌贺

(装甲兵工程学院 机械工程系，北京 100072)

时间压力对车载信息终端操作绩效影响的实验研究

张 征， 刘维平， 聂俊峰， 傅斌贺

(装甲兵工程学院 机械工程系，北京 100072)

为研究时间压力与车载信息终端操作绩效的关系，在激活理论的基础上提出了研究假设，并采用组内实验设计的方法，选取信息录入作为基本任务,探究5个时间压力水平下乘员作业绩效的变化规律.实验结果表明：时间压力对操作绩效有显著影响，中等时间压力水平下的绩效水平较高，趋势基本符合实验假设.研究结果可为乘员组训的时间压力设定提供一定的参考.

时间压力；车载信息终端；作业绩效

随着信息化建设的不断深化，车载信息终端已经成为现代装甲装备的标配，乘员面临的短时应急情况逐渐增多，其工作任务趋于多元化,并且工作负荷增大.因此,如何在时间压力下保持较高水平的作业绩效是一个值得探究的问题.

时间压力指的是操作人员在多大程度上感觉没有充足的时间来完成任务,可用时间负荷进行描述，即可利用的限定时间与人感知所要花费时间的比值[1-2].目前，国内外已有文献探讨了时间压力与人的行为之间的关系，Dill和Congelosi认为时间压力与人的生理反应密切相关，真正的时间压力会诱发脉搏的跳动频率及肩部运动的速度变化等生理反应[3].Hockey和Hamilton在Svenson和Edland的研究基础上提出当时间限制强加在个体上时会引发人的情感反应，它使得个体出现焦虑、紧张、痛苦等感受，从而影响任务的完成质量[4].总的来看，时间压力对人行为的影响既可以是生理方面的，也可以是心理方面的.

针对时间压力对作业绩效的影响研究主要集中在时间知觉模型和激活理论的应用上[5-6].激活理论指出时间压力与个体行为间的关系普遍呈现“倒U型”，即个体行为的最佳状态出现在中等时间压力的情况下；然而，Zakay和Wooler则表明时间压力与绩效的这种关系并不适合于所有的任务类型[7-8].综上，相关研究并未对时间压力与绩效之间的关系给出统一的界定.

为此，文章采用工效学实验的方式进一步研究时间压力对装甲车辆乘员作业绩效的影响，力求降低时间压力带来的负面效应，提高乘员信息处理过程中的可靠性.

1 实验设计

1.1 实验假设

基于时间压力与作业绩效关系的相关文献分析，文章提出以下基本假设：乘员操作车载信息终端时，时间压力对作业绩效影响显著，过高或过低的时间压力水平下作业绩效均无法达到峰值.

1.2 被试者

为保证被试者的同质性，对45名自愿参与本实验的军校学员进行了选拔，具体选拔项目包括：年龄、卡特尔16种人格因素测验、808神经类型测验和精神状态测量，剔除了年龄过大、参试动机不恰当、精神状态不佳、情绪易受扰动和心理能力偏弱的志愿者，最终筛选30名学员作为被试对象，年龄在20-25岁之间(平均年龄为22.7岁，标准差1.8岁)、工程类专业、身体健康、均为右利手且无信息终端操作经验.

1.3 实验设备与环境

实验所用设备为车载信息终端作业模拟测试实验平台.该平台硬件界面由两部分构成：信息显示区为可触摸操作的液晶显示屏(10.4寸标屏，分辨率1280*720)，用于显示信息及反馈被试者操作情况；操作控制区包含不同类型和功能的按键，是被试者完成信息录入操作、与终端进行人机信息交互的区域.图1为实验设备界面的布局示意图.

系统的软件以计算机技术和数字技术为基础，基于Labview编程语言自主研发，模拟战场信息收集、处理、显示及分发等功能，能够实现从系统管理、实验测试到数据记录与分析.

同时，为了消除振动、噪声、照明等环境因素的影响，实验在室内进行，光线充足，空间宽阔且无噪声.

图1 车载信息终端硬件界面示意图

1.4 实验内容

根据研究目的，在正式实验前进行预实验，通过训练使被试者熟悉终端，排除学习效应的干扰，并为正式实验的条件设置提供依据.正式实验采用单因素组内设计，验证实验假设的正确性.

1.4.1 实验任务

实验任务应具备“战时常用”、“敏感性强”“差异显著”3大特性.信息录入任务作为车载信息终端的典型操作任务，对被试者的注意、反应及记忆能力的要求较高，能全面反应终端信息化作业特点，满足实验需求，故将其作为实验任务.此任务包括“录入上报”、“选择目标属性”、“选择目标性质”、“输入目标数量”、“选择目标方位”、“输入目标速度”6个基本信息处理步骤.

1.4.2 实验条件

确定实验任务后，根据预实验对实验基本条件进行设定，见表1.

表1 实验的基本条件设置

实验时间压力水平设定参考Zaky和Wooler的研究，根据后台记录的被试者预实验熟练阶段的任务完成时间，计算出平均任务完成时间作为时间基准值，将基准时间分别乘以5个时间压力系数得到绝对压力水平，如表2所示.

表2 时间压力水平设置

1.4.3 实验绩效指标

Kawado等[9]的研究表明录入绩效可从全面性、及时性与准确性这3个方面衡量.实验选取录入加工率、任务完成时间和失误率作为作业绩效评价指标，具体表述如下.

1)录入加工率

(1)

2)任务完成时间

(2)

式中：Tj为第j名被试者的平均任务完成时间；n为被试者总人数.

3)录入失误率

(3)

式中：eij为第j名被试者执行信息录入第i步操作的错误次数；nij为第j名被试者第i步操作的总执行次数.

1.5 实验流程

1)对被试者进行集中实验讲解，明确实验程序和要求.

2)安排一组练习任务，时间为3分钟，完成后组织休息2分钟(练习任务不记录结果).

3)设定实验条件和因素水平，为消除疲劳对实验的影响，采用交替方式进行.

4)系统自动记录作业绩效数据，若被试者没有在设定的实验时间内完成任务，则程序会自动停止.

5)每完成一个时间水平的实验后填写Ariely编制的时间压力检测量表和美国航空航天局(NASA)开发的NASA-TLX(Task Load Index，任务负荷指数量表)评价量表分别评价时间压力操纵性和被试者的脑力负荷.

6)休息2分钟后，更换因素水平，重复上述实验步骤.

2 结果分析

2.1 操作绩效数据分析

Ariely检测表的时间压力操纵性检验结果表明，被试者在5个压力水平下感受到时间压力存在显著差异(P=0.002)，因此,设定的时间压力施加成功，实验数据有效.对数据进行处理，结果如下.

1)录入加工率

5种时间压力状态下,被试者的信息录入加工率的统计结果如表3所示.

表3 不同时间压力下录入加工率的描述统计量

表3结果表明：随时间压力的增加，录入加工率呈下降趋势，即乘员实际完成的任务数量逐渐减少.方差分析结果(F=62.729，P=0.000<0.05)表明,时间压力对被试者的录入加工率有显著影响.

2)任务完成时间

表4为5种时间压力状态下的任务完成时间的平均值和K-S检验结果.

表4 任务完成时间及K-S正态检验概率值

可以看出，不同时间压力下的被试者信息录入任务完成时间服从正态分布，并且随着时间压力增加，T呈现减小趋势.为进一步分析时间压力状态对信息录入任务完成时间的主效应是否显著，采用单因素方差分析.结果(P=0.002<0.05)表明时间压力对任务完成时间有显著影响.

3)录入失误率

录入失误率的估算边际均值图和正态检验结果分别如图2及表5所示.

图2 失误率估算边际均值图

表5 录入失误率的K-S正态检验值

可以看出，随着时间压力系数的增加，录入失误率基本呈现下降趋势且不同时间压力下的录入失误率数据不服从正态分布.对数据采取Kruskal-Wallis秩和检验，以考察各时间压力水平所对应数据秩的均值是否存在显著差异，结果(P=0.030<0.05)表明时间压力水平对失误率存在显著影响.

2.2 NASA-TLX主观评价

5种时间压力水平下,被试者NASA-TLX的平均值如表6所示.

表6 不同时间压力下NASA-TLX的均值

由表6可知被试者的脑力负荷随时间压力的增加而逐渐增大，这说明被试者需要更多的脑力资源来完成任务.

3 讨 论

车载信息终端操作是包含认知活动的典型信息处理过程，要求乘员在定额时间内根据接受的刺激做出一系列相应判断和行动.有以上数据分析结果可知，时间压力对被试者的信息录入的录入加工率、任务完成时间和失误率均存在显著影响.

低时间压力下被试者平均任务完成时间较长，但其录入加工率高且操作失误率低.结合孔繁森[10]等人的研究及实验主观评价表可知，在时间压力水平比较低的情况下，被试者的脑力负荷较小，注意力难以集中，产生拖延心理；同时由于时间限制较松，被试者容易忽略时间要求而专心保证操作的正确率.

时间压力处于中等水平时，被试者感到时间的紧迫性加大，因而注意力比较集中，时间要求的提高成功调动了被试者的积极性，使其更加专注于实验，因此其操作速度增加，使得录入加工率仍能保持较高的水平且失误率变化不大.

时间压力处于较高水平时，被试者的脑力负荷明显加大，脑力、体力的需求增加，执行任务时需要付出更大的努力.此外，由于这种情景下的实验时间设定较严格，被试者很难完成全部的信息录入任务，因而录入加工率普遍较低，并且为了缩短任务完成时间，易采用信息处理的加速策略，牺牲了操作准确性.

因此，综合录入加工率、任务完成时间及录入失误率3大指标和主观评价结果可知：过高或过低的时间压力下被试者均无法达到最佳的作业状态，而中等时间压力水平却能很好的调动其记忆、注意力和反应能力，使绩效保持在较好的水平.这一结论与Payne以及Svenson等人的研究是一致的[11-12].

4 结 论

文章对时间压力与终端操作绩效的关系进行了实验研究，得到以下结论.

1)时间压力对3大绩效指标均存在显著影响，且绩效的总体趋势基本符合激活理论.

2)组训时要合理设定时间压力，尽量将可用操作时间设定为中等时间压力水平，以保证训练效果.

3)鉴于实际作业有较高的视觉、听觉、认知和精神运动的需求，在下一步的研究中，应着力加大基本信息作业能力的考察和训练力度，通过这几个方面的训练来解决时间压力下因注意力不集中、遗忘、拖延导致的作业绩效低下的问题.

[1] Ordonez L，Benson L. Decision under time pressure: How time constraint affects risky decision making[J].Organizational Behavior and Human Decision Processes，1997,71(2):124-140.

[2] 谭 政, 吴 锋, 朱 静. 基于时间压力的数据录入员录入绩效实验研究[J].工业工程与管理,2012,17(6):117-12.

[3] Markus B, Oldham R. Curvilinear Relation Between Experienced Creative Time Pressure and Creativity [J]. Journal of Applied Psychology,2006,91(4):963-970.

[4] Svenson O, Edland A. Change of preferences under time pressure: Choices and judgments[J]. Scandimavian Journal of Psychology,1987,28(2):322-330.

[5] Zakay D, Meran N, Ben-Sahlom H. Cognitive processes of time estimation[J]. Psychologica,1989,1(5):104-112.

[6] Pepinsky N, Pavlik B. The Effects of Task Complexity and Time Pressure upon team productivity[J]. Journal of Applied Psychology , 1960, 44(1): 34-38.

[7] Zakay D, Wooler S. Time pressure, training, and decision effectiveness[J].Ergonomics,1984,27(3):273-284.

[8] Ariely D, Zakay D. A timely account of the role of duration in decision making[J].Acta Psychologica,2001,108(2):187-207.

[9] Kawado M, Hinotsu S, Matsuyama Y, et al. A comparison of error detection rates between the reading aloud method and the double data entry method[J]. Controlled Clinical Trials,2003,24(5):560-569.

[10]孔繁森,李小兵,赵 航,等.时间压力与操作员操作绩效关系的实验研究[J].工业工程与管理,2013,18(1):100-105.

[11]Payne J W, Bettman J R, Johnson E J.The adaptive decisionmaker [M]. Cambridge,England: Cambridge university press,1993.

[12]Svenson O, Maule A J. Time pressure and stress in human and decision making.[M].New York,the United States:Plenum Press,1993.

Experimental Study about Effects of Time Pressure on Operating Performance in using Vehicle Information Terminal

ZHANG Zheng1， LIU Wei-ping， NIE Jun-feng， FU Bin-he

(Department of Mechanical Engineering，Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China)

In order to explore the relationship between the time pressure and the operation performance of using a vehicle information terminal, some research hypotheses were put forward based on the activation theory and the method of an in-group experimental design was used. After selecting the information input as a basic task, the change rules in operating performance of the users were explored on five levels of the time pressure. The experimental results showed that the time pressure had a significant influence on the user’s operating performance, and that a higher level in performance occurred at a medium level of the time pressure. The trend of the change was in accord with the experimental hypothesis. The research results could provide a reference for the crew training to set the levels of the time pressure.

time pressure；vehicle information terminal；operation performance

1009-4687(2015)04-0010-05

2015-9-22

张 征(1993-),女,硕士.

TJ811

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