張 征， 劉維平， 聶俊峰， 傅斌賀

(裝甲兵工程學(xué)院 機(jī)械工程系，北京 100072)

時間壓力對車載信息終端操作績效影響的實驗研究

張 征， 劉維平， 聶俊峰， 傅斌賀

(裝甲兵工程學(xué)院 機(jī)械工程系，北京 100072)

為研究時間壓力與車載信息終端操作績效的關(guān)系，在激活理論的基礎(chǔ)上提出了研究假設(shè)，并采用組內(nèi)實驗設(shè)計的方法，選取信息錄入作為基本任務(wù),探究5個時間壓力水平下乘員作業(yè)績效的變化規(guī)律.實驗結(jié)果表明：時間壓力對操作績效有顯著影響，中等時間壓力水平下的績效水平較高，趨勢基本符合實驗假設(shè).研究結(jié)果可為乘員組訓(xùn)的時間壓力設(shè)定提供一定的參考.

時間壓力；車載信息終端；作業(yè)績效

隨著信息化建設(shè)的不斷深化，車載信息終端已經(jīng)成為現(xiàn)代裝甲裝備的標(biāo)配，乘員面臨的短時應(yīng)急情況逐漸增多，其工作任務(wù)趨于多元化,并且工作負(fù)荷增大.因此,如何在時間壓力下保持較高水平的作業(yè)績效是一個值得探究的問題.

時間壓力指的是操作人員在多大程度上感覺沒有充足的時間來完成任務(wù),可用時間負(fù)荷進(jìn)行描述，即可利用的限定時間與人感知所要花費時間的比值[1-2].目前，國內(nèi)外已有文獻(xiàn)探討了時間壓力與人的行為之間的關(guān)系，Dill和Congelosi認(rèn)為時間壓力與人的生理反應(yīng)密切相關(guān)，真正的時間壓力會誘發(fā)脈搏的跳動頻率及肩部運動的速度變化等生理反應(yīng)[3].Hockey和Hamilton在Svenson和Edland的研究基礎(chǔ)上提出當(dāng)時間限制強(qiáng)加在個體上時會引發(fā)人的情感反應(yīng)，它使得個體出現(xiàn)焦慮、緊張、痛苦等感受，從而影響任務(wù)的完成質(zhì)量[4].總的來看，時間壓力對人行為的影響既可以是生理方面的，也可以是心理方面的.

針對時間壓力對作業(yè)績效的影響研究主要集中在時間知覺模型和激活理論的應(yīng)用上[5-6].激活理論指出時間壓力與個體行為間的關(guān)系普遍呈現(xiàn)“倒U型”，即個體行為的最佳狀態(tài)出現(xiàn)在中等時間壓力的情況下；然而，Zakay和Wooler則表明時間壓力與績效的這種關(guān)系并不適合于所有的任務(wù)類型[7-8].綜上，相關(guān)研究并未對時間壓力與績效之間的關(guān)系給出統(tǒng)一的界定.

為此，文章采用工效學(xué)實驗的方式進(jìn)一步研究時間壓力對裝甲車輛乘員作業(yè)績效的影響，力求降低時間壓力帶來的負(fù)面效應(yīng)，提高乘員信息處理過程中的可靠性.

1 實驗設(shè)計

1.1 實驗假設(shè)

基于時間壓力與作業(yè)績效關(guān)系的相關(guān)文獻(xiàn)分析，文章提出以下基本假設(shè)：乘員操作車載信息終端時，時間壓力對作業(yè)績效影響顯著，過高或過低的時間壓力水平下作業(yè)績效均無法達(dá)到峰值.

1.2 被試者

為保證被試者的同質(zhì)性，對45名自愿參與本實驗的軍校學(xué)員進(jìn)行了選拔，具體選拔項目包括：年齡、卡特爾16種人格因素測驗、808神經(jīng)類型測驗和精神狀態(tài)測量，剔除了年齡過大、參試動機(jī)不恰當(dāng)、精神狀態(tài)不佳、情緒易受擾動和心理能力偏弱的志愿者，最終篩選30名學(xué)員作為被試對象，年齡在20-25歲之間(平均年齡為22.7歲，標(biāo)準(zhǔn)差1.8歲)、工程類專業(yè)、身體健康、均為右利手且無信息終端操作經(jīng)驗.

1.3 實驗設(shè)備與環(huán)境

實驗所用設(shè)備為車載信息終端作業(yè)模擬測試實驗平臺.該平臺硬件界面由兩部分構(gòu)成：信息顯示區(qū)為可觸摸操作的液晶顯示屏(10.4寸標(biāo)屏，分辨率1280*720)，用于顯示信息及反饋被試者操作情況；操作控制區(qū)包含不同類型和功能的按鍵，是被試者完成信息錄入操作、與終端進(jìn)行人機(jī)信息交互的區(qū)域.圖1為實驗設(shè)備界面的布局示意圖.

系統(tǒng)的軟件以計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，基于Labview編程語言自主研發(fā)，模擬戰(zhàn)場信息收集、處理、顯示及分發(fā)等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)從系統(tǒng)管理、實驗測試到數(shù)據(jù)記錄與分析.

同時，為了消除振動、噪聲、照明等環(huán)境因素的影響，實驗在室內(nèi)進(jìn)行，光線充足，空間寬闊且無噪聲.

圖1 車載信息終端硬件界面示意圖

1.4 實驗內(nèi)容

根據(jù)研究目的，在正式實驗前進(jìn)行預(yù)實驗，通過訓(xùn)練使被試者熟悉終端，排除學(xué)習(xí)效應(yīng)的干擾，并為正式實驗的條件設(shè)置提供依據(jù).正式實驗采用單因素組內(nèi)設(shè)計，驗證實驗假設(shè)的正確性.

1.4.1 實驗任務(wù)

實驗任務(wù)應(yīng)具備“戰(zhàn)時常用”、“敏感性強(qiáng)”“差異顯著”3大特性.信息錄入任務(wù)作為車載信息終端的典型操作任務(wù)，對被試者的注意、反應(yīng)及記憶能力的要求較高，能全面反應(yīng)終端信息化作業(yè)特點，滿足實驗需求，故將其作為實驗任務(wù).此任務(wù)包括“錄入上報”、“選擇目標(biāo)屬性”、“選擇目標(biāo)性質(zhì)”、“輸入目標(biāo)數(shù)量”、“選擇目標(biāo)方位”、“輸入目標(biāo)速度”6個基本信息處理步驟.

1.4.2 實驗條件

確定實驗任務(wù)后，根據(jù)預(yù)實驗對實驗基本條件進(jìn)行設(shè)定，見表1.

表1 實驗的基本條件設(shè)置

實驗時間壓力水平設(shè)定參考Zaky和Wooler的研究，根據(jù)后臺記錄的被試者預(yù)實驗熟練階段的任務(wù)完成時間，計算出平均任務(wù)完成時間作為時間基準(zhǔn)值，將基準(zhǔn)時間分別乘以5個時間壓力系數(shù)得到絕對壓力水平，如表2所示.

表2 時間壓力水平設(shè)置

1.4.3 實驗績效指標(biāo)

Kawado等[9]的研究表明錄入績效可從全面性、及時性與準(zhǔn)確性這3個方面衡量.實驗選取錄入加工率、任務(wù)完成時間和失誤率作為作業(yè)績效評價指標(biāo)，具體表述如下.

1)錄入加工率

(1)

2)任務(wù)完成時間

(2)

式中：Tj為第j名被試者的平均任務(wù)完成時間；n為被試者總?cè)藬?shù).

3)錄入失誤率

(3)

式中：eij為第j名被試者執(zhí)行信息錄入第i步操作的錯誤次數(shù)；nij為第j名被試者第i步操作的總執(zhí)行次數(shù).

1.5 實驗流程

1)對被試者進(jìn)行集中實驗講解，明確實驗程序和要求.

2)安排一組練習(xí)任務(wù)，時間為3分鐘，完成后組織休息2分鐘(練習(xí)任務(wù)不記錄結(jié)果).

3)設(shè)定實驗條件和因素水平，為消除疲勞對實驗的影響，采用交替方式進(jìn)行.

4)系統(tǒng)自動記錄作業(yè)績效數(shù)據(jù)，若被試者沒有在設(shè)定的實驗時間內(nèi)完成任務(wù)，則程序會自動停止.

5)每完成一個時間水平的實驗后填寫Ariely編制的時間壓力檢測量表和美國航空航天局(NASA)開發(fā)的NASA-TLX(Task Load Index，任務(wù)負(fù)荷指數(shù)量表)評價量表分別評價時間壓力操縱性和被試者的腦力負(fù)荷.

6)休息2分鐘后，更換因素水平，重復(fù)上述實驗步驟.

2 結(jié)果分析

2.1 操作績效數(shù)據(jù)分析

Ariely檢測表的時間壓力操縱性檢驗結(jié)果表明，被試者在5個壓力水平下感受到時間壓力存在顯著差異(P=0.002)，因此,設(shè)定的時間壓力施加成功，實驗數(shù)據(jù)有效.對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果如下.

1)錄入加工率

5種時間壓力狀態(tài)下,被試者的信息錄入加工率的統(tǒng)計結(jié)果如表3所示.

表3 不同時間壓力下錄入加工率的描述統(tǒng)計量

表3結(jié)果表明：隨時間壓力的增加，錄入加工率呈下降趨勢，即乘員實際完成的任務(wù)數(shù)量逐漸減少.方差分析結(jié)果(F=62.729，P=0.000<0.05)表明,時間壓力對被試者的錄入加工率有顯著影響.

2)任務(wù)完成時間

表4為5種時間壓力狀態(tài)下的任務(wù)完成時間的平均值和K-S檢驗結(jié)果.

表4 任務(wù)完成時間及K-S正態(tài)檢驗概率值

可以看出，不同時間壓力下的被試者信息錄入任務(wù)完成時間服從正態(tài)分布，并且隨著時間壓力增加，T呈現(xiàn)減小趨勢.為進(jìn)一步分析時間壓力狀態(tài)對信息錄入任務(wù)完成時間的主效應(yīng)是否顯著，采用單因素方差分析.結(jié)果(P=0.002<0.05)表明時間壓力對任務(wù)完成時間有顯著影響.

3)錄入失誤率

錄入失誤率的估算邊際均值圖和正態(tài)檢驗結(jié)果分別如圖2及表5所示.

圖2 失誤率估算邊際均值圖

表5 錄入失誤率的K-S正態(tài)檢驗值

可以看出，隨著時間壓力系數(shù)的增加，錄入失誤率基本呈現(xiàn)下降趨勢且不同時間壓力下的錄入失誤率數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布.對數(shù)據(jù)采取Kruskal-Wallis秩和檢驗，以考察各時間壓力水平所對應(yīng)數(shù)據(jù)秩的均值是否存在顯著差異，結(jié)果(P=0.030<0.05)表明時間壓力水平對失誤率存在顯著影響.

2.2 NASA-TLX主觀評價

5種時間壓力水平下,被試者NASA-TLX的平均值如表6所示.

表6 不同時間壓力下NASA-TLX的均值

由表6可知被試者的腦力負(fù)荷隨時間壓力的增加而逐漸增大，這說明被試者需要更多的腦力資源來完成任務(wù).

3 討 論

車載信息終端操作是包含認(rèn)知活動的典型信息處理過程，要求乘員在定額時間內(nèi)根據(jù)接受的刺激做出一系列相應(yīng)判斷和行動.有以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，時間壓力對被試者的信息錄入的錄入加工率、任務(wù)完成時間和失誤率均存在顯著影響.

低時間壓力下被試者平均任務(wù)完成時間較長，但其錄入加工率高且操作失誤率低.結(jié)合孔繁森[10]等人的研究及實驗主觀評價表可知，在時間壓力水平比較低的情況下，被試者的腦力負(fù)荷較小，注意力難以集中，產(chǎn)生拖延心理；同時由于時間限制較松，被試者容易忽略時間要求而專心保證操作的正確率.

時間壓力處于中等水平時，被試者感到時間的緊迫性加大，因而注意力比較集中，時間要求的提高成功調(diào)動了被試者的積極性，使其更加專注于實驗，因此其操作速度增加，使得錄入加工率仍能保持較高的水平且失誤率變化不大.

時間壓力處于較高水平時，被試者的腦力負(fù)荷明顯加大，腦力、體力的需求增加，執(zhí)行任務(wù)時需要付出更大的努力.此外，由于這種情景下的實驗時間設(shè)定較嚴(yán)格，被試者很難完成全部的信息錄入任務(wù)，因而錄入加工率普遍較低，并且為了縮短任務(wù)完成時間，易采用信息處理的加速策略，犧牲了操作準(zhǔn)確性.

因此，綜合錄入加工率、任務(wù)完成時間及錄入失誤率3大指標(biāo)和主觀評價結(jié)果可知：過高或過低的時間壓力下被試者均無法達(dá)到最佳的作業(yè)狀態(tài)，而中等時間壓力水平卻能很好的調(diào)動其記憶、注意力和反應(yīng)能力，使績效保持在較好的水平.這一結(jié)論與Payne以及Svenson等人的研究是一致的[11-12].

4 結(jié) 論

文章對時間壓力與終端操作績效的關(guān)系進(jìn)行了實驗研究，得到以下結(jié)論.

1)時間壓力對3大績效指標(biāo)均存在顯著影響，且績效的總體趨勢基本符合激活理論.

2)組訓(xùn)時要合理設(shè)定時間壓力，盡量將可用操作時間設(shè)定為中等時間壓力水平，以保證訓(xùn)練效果.

3)鑒于實際作業(yè)有較高的視覺、聽覺、認(rèn)知和精神運動的需求，在下一步的研究中，應(yīng)著力加大基本信息作業(yè)能力的考察和訓(xùn)練力度，通過這幾個方面的訓(xùn)練來解決時間壓力下因注意力不集中、遺忘、拖延導(dǎo)致的作業(yè)績效低下的問題.

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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

張 征(1993-),女,碩士.

TJ811

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