清华大学工业工程系复杂系统人因工程研究中心

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学术研究


一、人体适配性设计

  • 头盔适配性设计与评估方法: 提出了三维人体数据的多分辨率描述模型,建立了头盔快速适体参数化设计方法,开发了头盔系统辅助设计软件。建立了客观适配性评估指标体系和基于计算机仿真的头盔适配性客观评估方法。
  • 虚拟人体的多尺度建模方法研究: 提出了可根据需求动态提供输入变量的多尺度建模方法,对ANSUR88数据库、HQL数据库以及HSIAC中24个数据库进行了分析,开发了一套多尺度人体建模软件HumanScaler,实现了统计概要、多尺度建模、模型应用、绘图、计算群体相似系数等多项功能模块。

二、人因学设计与评估

  • 遥操作的空间信息界面设计:基于个体的习惯和偏好,为六自由度的遥操作任务设计了两种空间信息显示界面,并通过实验确定了最优界面。
  • 集成系统人因学验证与确认工具: 针对数字化主控室集成系统,开展了人因学验证与确认的测量方法与指标研究,设计了核电站主控室集成系统确认过程中复杂的数据模型,初步开发了一款支持数字化核电站主控室的集成系统人因学验证与确认工具包。
  • 应急操作规程设计: 基于工程逻辑和任务复杂度设计了应急操作规程,通过采集用户的主客观数据,分析了规程存在的问题并进行了改进。
  • 虚拟交互操作训练规程设计: 分析了某特定样本群的技能发展规律,基于不同任务的认知需求,针对不同技能水平以及不同任务进行了训练规程设计。
  • 数字化主控室告警系统设计: 创新设计告警画面及系统,验证了其对告警监测与识别以及诊断任务绩效的影响。

三、任务复杂度、绩效评估及脑力负荷

  • 任务复杂度:概念构建、辨识、度量和效应: 提出了系统的任务复杂度概念及任务复杂度的定义、模型、因素和维度。识别和比较了传统和数字化核电站主控室的复杂度因素,分析了数字化对操纵员的影响。分析了应急和正常工况下复杂度因素的发生频率、复杂程度和影响程度。提出了度量任务复杂度的TC法,并比较TC法和任务规模法与SC法的聚合效度和预测效度。
  • 任务复杂度和时间压力对操作绩效的影响:基于复杂度评价方法(TC法)设计了15个复杂度分布范围广且分布相对均匀的虚拟应急响应规程;探究了不同熟练阶段和不同时间压力下,任务复杂度与操作绩效的关系模型。
  • 绩效评估模型及方法:结合认知过程分析,构建任务操作绩效的表征体系,从主观感知、生理指标和客观数据三个维度进行综合评价,建立了综合评价模型。评价指标包括情境意识、脑力负荷、眼动数据、认知判断时间和认知失误等。
  • 诊断任务绩效影响因素研究:总结了潜在的诊断绩效影响因子,研究了信息相恰性、时间压力、界面复杂度、信息获取方式、信息组织方式等对诊断任务绩效的影响,研究了班组相互意识对于诊断任务绩效的影响。
  • 多通道脑力负荷评价研究:基于人的信息加工模型分析了不同认知环节所产生的不同水平的脑力负荷。对脑力负荷评价中常用的评价指标和方法进行分析,通过实验建立了包括绩效指标、生理指标和主观指标的多通道脑力负荷评价模型。

四、失误与可靠性分析

  • 界面设计方法与时间压力对失误的影响:研究了时间压力和界面设计方法对操作时间、错误率、失误恢复过程、情境意识与主观负荷的影响。
  • 驾驶员的跟驰错觉与行为模仿:建立了感觉对驾驶行为影响的信息处理模型和跟驰中的双线风险感知模型,发现了驾驶员的跟驰行为会无意识地受到环境中其他车辆跟驰距离的影响,倾向于无意识地选择和示范车辆相同的行为。
  • 铁路交通事故因素研究: 分析了铁路机务系统作业事故的原因,总结了引发事故的40项人为因素。基于问卷调查,发现40项人为因素可综合归纳为管理因子、个人素质因子、作业因子、培训因子、安全意识因子等。
  • 动态操作中的失误类型及规律: 针对手控交会对接操作,探讨了任务难度和技能水平对操作者动态失误、情境意识水平和眼动规律的影响,并对动态失误类型及规律进行了分析和归纳。

五、人与自动化的交互

  • 人与自动化交互研究:基于人与自动化协作模型,研究手控交会对接自动化水平对新手和专家的操作绩效、失误、脑力负荷和情境意识等的影响,分析了训练和自动化提高对接绩效和降低失误的现象及原因,得到了人和自动化的协同模式。
  • 人机团队智能规划方法研究:针对飞控任务等典型规划问题,基于认知任务分析为人机的认知交互确定交互内容、时机和方式。在此基础上,开展支持动态认知交互的智能规划方法研究,提出具备高层控制接口的规划模型,从认知决策知识嵌入、决策解释生成、适应认知状态变化三个方面支持人机动态认知交互的形成。
  • 机器人(臂)人机交互研究: 研究了视角配置、系统延时等在机械臂任务中对团队绩效的影响,研究了人的认知特征分类,以及认知能力和操作绩效的关联等。

承担的纵向项目

  • 国家自然科学基金面上项目—人与机器人协同研究:认知反馈与团队训练(2017-2020)
  • 国家自然科学基金面上项目—遥操作中空间认知过程及绩效的研究 (2014-2017)
  • 国家自然科学基金面上项目—个体和班组的诊断任务绩效影响因素研究(2014-2017)
  • 国家自然科学基金面上项目—面向人机团队的智能规划方法及实验研究(2013-2016)
  • 国家自然科学基金重点项目—数字化工业系统中人机交互行为、复杂度与失误(2010-2013)
  • 国家自然科学基金青年项目—动态环境下连续操作的复杂度分析及度量(2010-2013)
  • 国家自然科学基金面上项目—计算机化应急操作规程的人因学研究(2008-2010)
  • 国家自然科学基金面上项目—面向人群适体设计的三维人体表面测量数据统计分析(2006-2008)
  • 总装重点试验技术课题—基于任务复杂度分级的训练支持系统研究(2009-2011)