機械操作崗位人員認知能力評估的研究進展

尉雁 郭健 鮑金玲 宋輝 唐海齊 許一平

內容摘要 隨著科學技術的不斷提高，機械設備的可控性越來越高。由設備故障引起的事故案例大幅下降，而由于人員操作失誤引起的事故卻無明顯改善。基于海因里希的事故因果連鎖理論，機械事故中人的不安全行為是事故發(fā)生發(fā)展的重要原因之一。民航事故中70%以上與人為因素有關，起重機械導致的傷亡事故占工業(yè)事故死亡人數的10%左右，港口大型機械設備引起的傷亡事故在港口企業(yè)事故總數中約占15%。研究發(fā)現機械操作人員的精神狀態(tài)、決策判斷、與同事的溝通情況等與事故發(fā)生有直接關系。為了減少事故發(fā)生率，很多研究者認為對機械操作人員的認知能力、安全能力、不安全行為等（文章統(tǒng)稱為認知能力）進行評估有利于控制與識別危險源，降低不安全事件的發(fā)生。文章從研究對象、研究方法、影響認知能力的因素三個方面，就近年來對機械操作崗位人員認知能力評估所做的研究進行簡要綜述。

關鍵詞 機械崗位人員 認知能力 評估

1 研究對象

1.1 飛行員

由于飛行員工作的特殊性及重要性，對飛行員安全能力、認知能力的研究較多。一些研究著重于對飛行員安全能力評估模型的構建，如蔣浩對飛機上快速存儲記錄器中長達100～600 h飛行記錄的參數提取，構建飛行員安全能力評估模型，以實現評估飛行員安全能力的客觀、定量方法。杜紅兵建立了集對分析法和網絡層次分析結合的評價模型，用于飛行員安全能力的評價[1]。

一些研究是針對飛行員安全能力內容的，如郭勤昊將飛行員技術分為技術性技能與非技術性技能，認為非技術技能對安全飛行的權重系數更高，通過綜合兩種技能關鍵因素相結合的訓練體系，以構建飛行員訓練規(guī)范的依據。訓練的重點集中在傾斜控制、偏航控制、等駕駛術的訓練，以及協(xié)調和配合訓練、處境意識非技術性技能的兩個維度上[2]。經過該體系的訓練，技術性技能可達到與傳統(tǒng)訓練相當的水平，非技術技能也顯著提高。

還有研究指出，駕駛飛機高空作業(yè)不僅要求飛行員有良好的身體素質、過硬的技術能力，還要有良好的情緒控制力、注意力分配、堅強的意志力等方面的心理調控能力，并且保持敏捷的思維、準確的記憶、敏感的知覺，才能夠從容地處理異常緊急事件，保證飛行安全[3]。同時該研究也指出當飛行員不夠自信、做事不果斷、沒有膽大創(chuàng)新的能力，也會容易造成飛行事故。Musson認為具有自負、沖動、意志力弱、情緒控制不良等方面特征的飛行員易造成飛行事故。于雯宇通過分析《民用飛機事故/事故征候統(tǒng)計與分析手冊》中飛行員差錯導致的航空事故/事故征候，研究了導致航空事故發(fā)生的人的因素、航空事故可能性后果，提出了一些風險控制措施和管理措施。

馬振威通過文獻調研和咨詢專家，全面地識別影響飛行員安全能力的指標，并對指標的合理性進行驗證，找出安全能力指標間的相互關系，從飛行員安全能力內容和評價方法上入手，建立飛行員安全能力的影響模型，結合實踐，建立了飛行員安全能力的影響模型。

1.2 汽車駕駛員

對汽車駕駛員的研究主要集中在安全能力評估模型的構建。石堅建立了駕駛員模型，通過傳感器測量方向盤、剎車板等數據來確定駕駛員的認知能力。將方向盤較長時間不動，或者方向盤產生某種幅度及頻率的轉動，與駕駛員的疲勞程度相關，從而給出識別駕駛員主動安全性的定量指標。

楊鵬飛通過分析營運駕駛員安全意識、潛在危險預知能力、駕駛技能和應激反應能力等的特點和影響因素，提出和構建相應的表征指標體系及評估方法、模型，研究開發(fā)相應的評估系統(tǒng)，對營運駕駛員進行客觀、準確地評估，分析出被評估營運駕駛員存在的不足及缺陷，提出針對性的對策和建議。

1.3 起重機駕駛員

起重機的操作技術要求高、隊伍多、施工復雜、安全風險大。提高監(jiān)管人員的安全隱患識別能力，有利于事故預防，同時，也有更多的研究聚焦于駕駛員的安全能力。管中銘選取行為安全“2-4”模型理論作為事故預防的工具，結合相應的統(tǒng)計方法對70起中國建筑起重機事故進行了系統(tǒng)的分析研究。首先通過分析70起事故樣本找出所有的不安全動作，形成所有不安全動作庫;然后歸類出關鍵崗位責任人員的不安全動作;最后對發(fā)生次數較多的不安全動作進行統(tǒng)計，找出其變化規(guī)律，運用事故預防系統(tǒng)進行安全培訓教育。

為預防安全作業(yè)事故，趙勇根據岸橋作業(yè)的工作流程及特點，建立岸橋司機基本動作序列和認知可靠性（HCR）模型，通過對岸橋司機的駕駛行為進行可靠度分析，得到其響應失誤概率。趙勇認為在吊具與集裝箱對接、集裝箱卸載等作業(yè)過程中，岸橋司機的相應失誤概率較高，提示應增加相關業(yè)務培訓及嚴格考核制度等。

王喜梅通過層次分析法將起重機駕駛員的安全行為能力層次化分析，有助于安全綜合管理，降低起重安全事故發(fā)生的概率。

綜上所述，與汽車駕駛員、起重機駕駛員相比，有關飛行員安全能力的研究較全面，涉及的內容相對復雜，這與飛行器本身所要求的技能高有關。

2 研究方法

許多研究通過選取認知能力評估指標，建立評估體系或模型，再應用于實例來驗證或修正其體系或模型，也有一些研究是直接采用評估量表、已開發(fā)軟件、已研制模型等進行評估，文章選取其中的一部分加以介紹。

2.1 評估量表

Cooper的研究采用Cooper量表和Cornel航空實驗量表合建的評價量表，通過考察飛行員對飛機操作控制技能的熟練程度以及在不同飛行情景任務下飛行員的行為表現以及決策能力來評估飛行員的安全能力。

2.2 基本認知能力測驗軟件

由李德明設計編制的基本認知能力測驗，是對記憶、思維、空間表象等一般認知能力的測驗，包括：①測查知覺速度—數字鑒別;②測查思維效率—心算;③以測查心理旋轉效率反映空間表象效率—漢字旋轉;④測查工作記憶能力—數字工作記憶;⑤測查語文記憶能力—雙字詞再認;⑥測查數字記憶能力—三位數再認;⑦測查圖形記憶能力—無意義圖形再認。前4項反映認知速度、認知效率和工作記憶，后3項反映近期記憶能力。

丹笑穎采用李德明等編制的基本認知能力測驗軟件，反映飛行員漢字旋轉效率（空間定向能力）、近事記憶、數字工作記憶（信息加工能力）和心算效率（邏輯思維效率）均高于普通人群，但隨著年齡增長，心算效率（邏輯思維效率）逐漸下降，40～49歲組低于同年齡組人群。

2.3 認知能力檢測模型

空軍航空醫(yī)學研究所研制的認知能力檢測模型，分兩部分：①紙筆測試，包括比較刻度值（CSS），主要檢測儀表認讀能力;判別方向（DD），主要檢測方位判斷能力;找特殊圖形（DSG），主要檢測表象旋轉能力。②雙重任務測驗軟件，包括記憶計算數字廣度（NSMA），主要包含短時記憶負荷;四數連加（FADA），主要檢測速算能力;雙重任務（DT），主要檢測注意力分配能力。

3 影響認知能力的因素

影響機械操作人員認知能力的因素較為復雜，有許多無法量化，文章選取了較常見的影響因素。

3.1 吸煙

李翔采用空軍航空醫(yī)學研究所研制的認知能力檢測模型，認為飛行員煙齡20年以上的比20年以下的，處理雙重任務能力顯著下降;檢測前短時間吸煙可致速算能力下降。吸煙會影響飛行員的部分認知能力，應避免在飛行前短時間內吸煙。

3.2 飲酒

萬憬采用基本認知能力測驗軟件，研究了長期飲酒對飛行員基本認知能力的影響。飲酒的頻率越高、年限越長，認知功能障礙危險越大。尤其在反應速度、空間定向效率、信息加工能力、邏輯思維效率及近期記憶等方面，長期飲酒的飛行員明顯低于對照組。

3.3 疲勞或睡眠障礙

盡管疲勞與嗜睡的具體含義不同，但二者有時可以被看作是一個連續(xù)狀態(tài)。從輕微的、偶爾的不適到嚴重的、使人喪失耐力的表現，如倦怠、過度勞累或慢性疲勞綜合癥。疲勞在中國、英國和北美導致的事故分別為15%、20%和40%。在美國，疲勞駕駛每年導致1 500人死亡。熬夜司機更容易發(fā)生交通事故。其他導致駕駛員疲勞和交通事故的因素包括年齡、體重超標、駕駛經驗、吸煙、飲酒等。這些因素已被確定為由于駕駛性能下降所致道路交通事故的主要原因。Nantaporn認為睡眠不足會影響大腦的前額皮質，大腦中負責大部分決定和判斷的區(qū)域，并顯著降低化學品運輸司機的執(zhí)行功能和反應時間。使用問卷或者量表可以檢測出駕駛員疲勞發(fā)生率高于主觀感受疲勞的結果。與交通事故有關的其他因素還有年齡、工作經驗、吸煙、飲酒、視力障礙、超重（BMI大于23），有些駕駛員通過服用能量飲料對抗疲勞。該研究旨在提高公眾對疲勞駕駛危險性的認知，以及如何識別并處理疲勞和困倦。

還有許多研究聚焦于疲勞對于人們認知能力造成影響的作用機制。Hartzler通過對疲勞研究的文獻綜述，明確疲勞是航空安全的不利因素，疲勞有損于飛行員認知能力，提倡戰(zhàn)略性睡眠。付兆君認為睡眠障礙的飛行員無論在聽力、視覺任務實驗，或是在手控跟蹤與聽覺雙任務實驗等各方面的操作任務績效都明顯下降。Dawson的研究也表明飛行員采取保護性抗疲勞行為有助于減少錯誤的可能性。Alwin認為高齡、熬夜、不良健康狀況、缺少體力活動和飲酒是疲勞的危險因素;多數關于疲勞的研究均明確了疲勞的危害，一些研究也提倡人們可以選擇小憩以減低疲勞所致的不適。但是，飛行本身是否影響疲勞還沒有確切的研究結論。Honn在模擬飛行過程的研究證實，多次起降中飛行員的表現的確下降了，他認為適度減少工作持續(xù)時間是有利的。飛行事故發(fā)生的可能性與性別無關已得到證明，但經驗豐富的60歲以上男飛行員有可能卷入嚴重事故。

3.4 心理因素

研究者對于飛行員的心理因素及作用機理也十分關注。Causse認為負面情緒在決策瞬間會有一定影響，導致工作計劃延誤;雖然這種影響是暫時的，但有可能導致延時完成工作，不過這對航線飛行這種需要準確執(zhí)行工作計劃的高風險行業(yè)，延誤很有可能會威脅飛行安全。

3.5 環(huán)境因素

機械操作崗位的主要工作環(huán)境是操作室，操作人員不僅要通過操作室內的駕駛桿和操作面板來操縱和控制機械設備，同時有可能也要在操作室內觀察周邊情況、天氣情況以及是否有突發(fā)狀況等，因此操作室作為環(huán)境因素的介質，若是操作室的環(huán)境對人員產生了不友好因素，那么操作室則會影響到操作人員，從而有可能產生不安全的行為。林燕丹的實驗證明了光照等刺眼的光環(huán)境對眼部的不良作用。隨著陽光直射、閃電等亮度的增加，視力會提高，但亮度超過一定限度，則會讓人產生眩光，從而影響操作人員對外界環(huán)境的觀察，也會影響其對屏幕的監(jiān)視。

除了受到光環(huán)境的影響，操作人員還會被噪聲和振動干擾。機械振動產生噪聲危害，噪聲達到一定限值會使人煩躁，長時間處于該環(huán)境中，操作人員的聽力可能會受影響。

4 結語

綜上所述，關于大型機械崗位認知能力評估的研究角度較為單一，評價指標的選取缺乏合理性和嚴謹性;偏重于定性評價，定量指標計算量十分繁重，尚未形成專項系列研究，這些都會影響整個評價工作可操作性及評價結果精確性，不利于提高安全管理水平。

（第一作者系交通運輸部水運科學研究所 副研究員）

【參考文獻】

[1]蔣浩，石榮，楊家忠.基于QAR數據的飛行員安全能力評估模型的構建[J].航天醫(yī)學與醫(yī)學工程，2019，32（3）：208-212.

[2]杜紅兵，馬振威，張慶慶.基于ANP和SPA的民航飛行員安全能力評價[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2015，41（6）：83-86.

[3]郭勤昊.MPL中的飛行技術技能與非技術技能訓練研究[D].廣漢：中國民用航空飛行學院，2013.