机械操作岗位人员认知能力评估的研究进展

尉雁 郭健 鲍金玲 宋辉 唐海齐 许一平

内容摘要 随着科学技术的不断提高，机械设备的可控性越来越高。由设备故障引起的事故案例大幅下降，而由于人员操作失误引起的事故却无明显改善。基于海因里希的事故因果连锁理论，机械事故中人的不安全行为是事故发生发展的重要原因之一。民航事故中70%以上与人为因素有关，起重机械导致的伤亡事故占工业事故死亡人数的10%左右，港口大型机械设备引起的伤亡事故在港口企业事故总数中约占15%。研究发现机械操作人员的精神状态、决策判断、与同事的沟通情况等与事故发生有直接关系。为了减少事故发生率，很多研究者认为对机械操作人员的认知能力、安全能力、不安全行为等（文章统称为认知能力）进行评估有利于控制与识别危险源，降低不安全事件的发生。文章从研究对象、研究方法、影响认知能力的因素三个方面，就近年来对机械操作岗位人员认知能力评估所做的研究进行简要综述。

关键词 机械岗位人员 认知能力 评估

1 研究对象

1.1 飞行员

由于飞行员工作的特殊性及重要性，对飞行员安全能力、认知能力的研究较多。一些研究着重于对飞行员安全能力评估模型的构建，如蒋浩对飞机上快速存储记录器中长达100～600 h飞行记录的参数提取，构建飞行员安全能力评估模型，以实现评估飞行员安全能力的客观、定量方法。杜红兵建立了集对分析法和网络层次分析结合的评价模型，用于飞行员安全能力的评价[1]。

一些研究是针对飞行员安全能力内容的，如郭勤昊将飞行员技术分为技术性技能与非技术性技能，认为非技术技能对安全飞行的权重系数更高，通过综合两种技能关键因素相结合的训练体系，以构建飞行员训练规范的依据。训练的重点集中在倾斜控制、偏航控制、等驾驶术的训练，以及协调和配合训练、处境意识非技术性技能的两个维度上[2]。经过该体系的训练，技术性技能可达到与传统训练相当的水平，非技术技能也显著提高。

还有研究指出，驾驶飞机高空作业不仅要求飞行员有良好的身体素质、过硬的技术能力，还要有良好的情绪控制力、注意力分配、坚强的意志力等方面的心理调控能力，并且保持敏捷的思维、准确的记忆、敏感的知觉，才能够从容地处理异常紧急事件，保证飞行安全[3]。同时该研究也指出当飞行员不够自信、做事不果断、没有胆大创新的能力，也会容易造成飞行事故。Musson认为具有自负、冲动、意志力弱、情绪控制不良等方面特征的飞行员易造成飞行事故。于雯宇通过分析《民用飞机事故/事故征候统计与分析手册》中飞行员差错导致的航空事故/事故征候，研究了导致航空事故发生的人的因素、航空事故可能性后果，提出了一些风险控制措施和管理措施。

马振威通过文献调研和咨询专家，全面地识别影响飞行员安全能力的指标，并对指标的合理性进行验证，找出安全能力指标间的相互关系，从飞行员安全能力内容和评价方法上入手，建立飞行员安全能力的影响模型，结合实践，建立了飞行员安全能力的影响模型。

1.2 汽车驾驶员

对汽车驾驶员的研究主要集中在安全能力评估模型的构建。石坚建立了驾驶员模型，通过传感器测量方向盘、刹车板等数据来确定驾驶员的认知能力。将方向盘较长时间不动，或者方向盘产生某种幅度及频率的转动，与驾驶员的疲劳程度相关，从而给出识别驾驶员主动安全性的定量指标。

杨鹏飞通过分析营运驾驶员安全意识、潜在危险预知能力、驾驶技能和应激反应能力等的特点和影响因素，提出和构建相应的表征指标体系及评估方法、模型，研究开发相应的评估系统，对营运驾驶员进行客观、准确地评估，分析出被评估营运驾驶员存在的不足及缺陷，提出针对性的对策和建议。

1.3 起重机驾驶员

起重机的操作技术要求高、队伍多、施工复杂、安全风险大。提高监管人员的安全隐患识别能力，有利于事故预防，同时，也有更多的研究聚焦于驾驶员的安全能力。管中铭选取行为安全“2-4”模型理论作为事故预防的工具，结合相应的统计方法对70起中国建筑起重机事故进行了系统的分析研究。首先通过分析70起事故樣本找出所有的不安全动作，形成所有不安全动作库;然后归类出关键岗位责任人员的不安全动作;最后对发生次数较多的不安全动作进行统计，找出其变化规律，运用事故预防系统进行安全培训教育。

为预防安全作业事故，赵勇根据岸桥作业的工作流程及特点，建立岸桥司机基本动作序列和认知可靠性（HCR）模型，通过对岸桥司机的驾驶行为进行可靠度分析，得到其响应失误概率。赵勇认为在吊具与集装箱对接、集装箱卸载等作业过程中，岸桥司机的相应失误概率较高，提示应增加相关业务培训及严格考核制度等。

王喜梅通过层次分析法将起重机驾驶员的安全行为能力层次化分析，有助于安全综合管理，降低起重安全事故发生的概率。

综上所述，与汽车驾驶员、起重机驾驶员相比，有关飞行员安全能力的研究较全面，涉及的内容相对复杂，这与飞行器本身所要求的技能高有关。

2 研究方法

许多研究通过选取认知能力评估指标，建立评估体系或模型，再应用于实例来验证或修正其体系或模型，也有一些研究是直接采用评估量表、已开发软件、已研制模型等进行评估，文章选取其中的一部分加以介绍。

2.1 评估量表

Cooper的研究采用Cooper量表和Cornel航空实验量表合建的评价量表，通过考察飞行员对飞机操作控制技能的熟练程度以及在不同飞行情景任务下飞行员的行为表现以及决策能力来评估飞行员的安全能力。

2.2 基本认知能力测验软件

由李德明设计编制的基本认知能力测验，是对记忆、思维、空间表象等一般认知能力的测验，包括：①测查知觉速度—数字鉴别;②测查思维效率—心算;③以测查心理旋转效率反映空间表象效率—汉字旋转;④测查工作记忆能力—数字工作记忆;⑤测查语文记忆能力—双字词再认;⑥测查数字记忆能力—三位数再认;⑦测查图形记忆能力—无意义图形再认。前4项反映认知速度、认知效率和工作记忆，后3项反映近期记忆能力。

丹笑颖采用李德明等编制的基本认知能力测验软件，反映飞行员汉字旋转效率（空间定向能力）、近事记忆、数字工作记忆（信息加工能力）和心算效率（逻辑思维效率）均高于普通人群，但随着年龄增长，心算效率（逻辑思维效率）逐渐下降，40～49岁组低于同年龄组人群。

2.3 认知能力检测模型

空军航空医学研究所研制的认知能力检测模型，分两部分：①纸笔测试，包括比较刻度值（CSS），主要检测仪表认读能力;判别方向（DD），主要检测方位判断能力;找特殊图形（DSG），主要检测表象旋转能力。②双重任务测验软件，包括记忆计算数字广度（NSMA），主要包含短时记忆负荷;四数连加（FADA），主要检测速算能力;双重任务（DT），主要检测注意力分配能力。

3 影响认知能力的因素

影响机械操作人员认知能力的因素较为复杂，有许多无法量化，文章选取了较常见的影响因素。

3.1 吸烟

李翔采用空军航空医学研究所研制的认知能力检测模型，认为飞行员烟龄20年以上的比20年以下的，处理双重任务能力显著下降;检测前短时间吸烟可致速算能力下降。吸烟会影响飞行员的部分认知能力，应避免在飞行前短时间内吸烟。

3.2 饮酒

万憬采用基本认知能力测验软件，研究了长期饮酒对飞行员基本认知能力的影响。饮酒的频率越高、年限越长，认知功能障碍危险越大。尤其在反应速度、空间定向效率、信息加工能力、逻辑思维效率及近期记忆等方面，长期饮酒的飞行员明显低于对照组。

3.3 疲劳或睡眠障碍

尽管疲劳与嗜睡的具体含义不同，但二者有时可以被看作是一个连续状态。从轻微的、偶尔的不适到严重的、使人丧失耐力的表现，如倦怠、过度劳累或慢性疲劳综合症。疲劳在中国、英国和北美导致的事故分别为15%、20%和40%。在美国，疲劳驾驶每年导致1 500人死亡。熬夜司机更容易发生交通事故。其他导致驾驶员疲劳和交通事故的因素包括年龄、体重超标、驾驶经验、吸烟、饮酒等。这些因素已被确定为由于驾驶性能下降所致道路交通事故的主要原因。Nantaporn认为睡眠不足会影响大脑的前额皮质，大脑中负责大部分决定和判断的区域，并显著降低化学品运输司机的执行功能和反应时间。使用问卷或者量表可以检测出驾驶员疲劳发生率高于主观感受疲劳的结果。与交通事故有关的其他因素还有年龄、工作经验、吸烟、饮酒、视力障碍、超重（BMI大于23），有些驾驶员通过服用能量饮料对抗疲劳。该研究旨在提高公众对疲劳驾驶危险性的认知，以及如何识别并处理疲劳和困倦。

还有许多研究聚焦于疲劳对于人们认知能力造成影响的作用机制。Hartzler通过对疲劳研究的文献综述，明确疲劳是航空安全的不利因素，疲劳有损于飞行员认知能力，提倡战略性睡眠。付兆君认为睡眠障碍的飞行员无论在听力、视觉任务实验，或是在手控跟踪与听觉双任务实验等各方面的操作任务绩效都明显下降。Dawson的研究也表明飞行员采取保护性抗疲劳行为有助于减少错误的可能性。Alwin认为高龄、熬夜、不良健康状况、缺少体力活动和饮酒是疲劳的危险因素;多数关于疲劳的研究均明确了疲劳的危害，一些研究也提倡人们可以选择小憩以减低疲劳所致的不适。但是，飞行本身是否影响疲劳还没有确切的研究结论。Honn在模拟飞行过程的研究证实，多次起降中飞行员的表现的确下降了，他认为适度减少工作持续时间是有利的。飞行事故发生的可能性与性别无关已得到证明，但经验丰富的60岁以上男飞行员有可能卷入严重事故。

3.4 心理因素

研究者对于飞行员的心理因素及作用机理也十分关注。Causse认为负面情绪在决策瞬间会有一定影响，导致工作计划延误;虽然这种影响是暂时的，但有可能导致延时完成工作，不过这对航线飞行这种需要准确执行工作计划的高风险行业，延误很有可能会威胁飞行安全。

3.5 环境因素

机械操作岗位的主要工作环境是操作室，操作人员不仅要通过操作室内的驾驶杆和操作面板来操纵和控制机械设备，同时有可能也要在操作室内观察周边情况、天气情况以及是否有突发状况等，因此操作室作为环境因素的介质，若是操作室的环境对人员产生了不友好因素，那么操作室则会影响到操作人员，从而有可能产生不安全的行为。林燕丹的实验证明了光照等刺眼的光环境对眼部的不良作用。随着阳光直射、闪电等亮度的增加，视力会提高，但亮度超过一定限度，则会让人产生眩光，从而影响操作人员对外界环境的观察，也会影响其对屏幕的监视。

除了受到光环境的影响，操作人员还会被噪声和振动干扰。机械振动产生噪声危害，噪声达到一定限值会使人烦躁，长时间处于该环境中，操作人員的听力可能会受影响。

4 结语

综上所述，关于大型机械岗位认知能力评估的研究角度较为单一，评价指标的选取缺乏合理性和严谨性;偏重于定性评价，定量指标计算量十分繁重，尚未形成专项系列研究，这些都会影响整个评价工作可操作性及评价结果精确性，不利于提高安全管理水平。

（第一作者系交通运输部水运科学研究所 副研究员）

【参考文献】

[1]蒋浩，石荣，杨家忠.基于QAR数据的飞行员安全能力评估模型的构建[J].航天医学与医学工程，2019，32（3）：208-212.

[2]杜红兵，马振威，张庆庆.基于ANP和SPA的民航飞行员安全能力评价[J].工业安全与环保，2015，41（6）：83-86.

[3]郭勤昊.MPL中的飞行技术技能与非技术技能训练研究[D].广汉：中国民用航空飞行学院，2013.