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2017 年12 月

第43 卷第12 期北京航空航天大学学报

Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics

December 2017

Vol． 43 No. 12

收稿日期：2016-11-28；录用日期：2017-03-06；网络出版时间：2017-03-23 18：22

网络出版地址：kns． cnki． net /kcms/detail /11． 2625． V． 20170323． 1822． 005． html

基金项目：人因工程重点实验室基金（SYFD130061813，160051812）；“十三五”

装备预研共用技术基金（41402060101）；载人航天四

批预研基金（030602）

*通讯作者：E-mail：wowbob@ 139． com

引用格式：田书婕，王波，王丽，等．基于时间-多资源占用的工作负荷评估模型［J］．北京航空航天大学学报，2017 ，43 （12 ）：2497-

2504． TIAN S J ，WANG B ，WANG L ，et al． Workload evaluation model based on occupation of time and multi-resource［J］． Jour-

nal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics ，2017 ，43 （12 ）： 2497-2504 （in Chinese ）．

http：∥bhxb． buaa． edu． cn jbuaa@ buaa． edu． cn

DOI：10． 13700 /j． bh． 1001-5965． 2016． 0896

基于时间-多资源占用的工作负荷评估模型

田书婕1，2，王波1，*，王丽1，续丹2

（1．中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室，北京 100094；2．西安交通大学工业设计系，西安 710049）

摘要：为了测量和评估航天员在轨维修的工作负荷，

在时间线分析法和多资源占

用理论的基础上，

确定了用间接获取的资源需求占用率、

直接测量的占用时间2个维度来进行

工作负荷主客观综合评估，

并提出基于动态时间窗口的时间-

多资源占用的工作负荷评估模

型。为了验证模型的有效性，

搭建典型在轨维修任务—

——液体回路子系统的维修试验环境，

招

募被试，

获取主观工作负荷数据，

进行维修视频采集和动素时间测定。结果表明，

本文模型的

工作负荷值与主观工作负荷评估值显著相关且吻合较好，

验证了其有效性。

关键词：在轨维修；多资源理论；时间线分析法；工作负荷；评估模型

中图分类号：Ｒ857． 1；B842． 1

文献标识码：A文章编号：1001-5965（2017）12-2497-08

随着航天技术的发展，

空间站结构、

组成日趋

复杂，

性能、

技术水平不断提高［1］。空间站在轨

运行时，

不可避免发生故障［2］。为保障空间站在

轨持续、

稳定工作，

合理的空间站在轨维修成了主

要途径和必要手段［3］。空间站的安全、

可靠、

持

续和稳定运行离不开在轨维修［2］。由于人的信

息处理能力、

记忆和注意力等资源有限［4］，

而航

天员的在轨任务繁重，

且时间非常宝贵，

不平衡的

工作负荷可能导致航天员绩效降低甚至出现失

误［4］。因此，

极有必要针对典型在轨维修任务进

行工作负荷评估，

这对于维修任务的规划、

确定合

理的维修作业量和整个飞行程序的设计及优化具

有十分重要的意义。

在轨维修任务具有作业环境复杂、

作业程序

多样、

高强度、

长期性、

航天员心理应激程度较高

等特点［5］。典型工作负荷评估方法包括辅助任

务评价法、

生理指标评价法、

主任务评价法、

主观

评价法。辅助任务评价法对实验设计控制要求较

高，

生理指标评价法的生理信号采集程序较繁琐，

采集环境要求较高，

指标应激因素复杂，

均离在轨

维修工作负荷测量和评估的实际应用还有一定距

离［6］。目前，

针对在轨维修的工作负荷评估主要

使用主任务评价法和主观评价法。考虑到便于在

轨测量、

实施及未来空间站任务的规划和设计，

主

任务评价法成为了国内外学者研究的重点。主任

务评价法最初是将完成任务花费的时间长短作为

衡量工作负荷多少的指标［7］。但是后来发现，

完

成任务时间长短跟个人能力和任务复杂程度有很

大关系，

并不能准确评估工作负荷，

进而提出了时

间占用率的概念［8］。Miller［9］在时间占用率的基

础上提出了针对串行任务的动态评估时间线分析

法，

定义了 9个资源通道并提出了动态时间窗的

概念，

将动作分解到各个资源通道，

将各个通道的

时间占用率之和作为工作负荷的评估指标。但

是，

当各个通道时间占用率相同时，

任务的复杂度

不同，

也会造成工作负荷的不同，

将通道的时间占

用率作为评估指标存在不足。McCracken 和

Aldrich［10］在Wickens 和Yeh［11］的多资源理论基

北京航空航天大学学报 2017 年

础上，

提出了适用于串行任务的视觉-

听觉-

认知-

运动（Visual Auditory Cognitive Psychomotor，

VACP）的多资源理论评估模型，

将任务的多通道

资源占用程度作为评估工作负荷的指标，

该方法

虽很好地解释了不同任务对人的资源的需求，

但

却忽略了时间积累的影响作用。而Hamilton 和

Bierbaum［12］提出了适用于并行多任务的工作负

荷任务分析（Task Analysis Workload，TAWL）评估

模型，

其实际上是综合了时间线分析和 VACP 多

资源理论分析，

借鉴时间线分析法的形式，

基于多

资源理论来计算时间窗内的所有任务各个通道的

资源占用程度，

以此作为评估指标。上述评估模

型都是基于单维度指标进行评估，

而单维度的工

作负荷评估指标不能精确评估工作负荷和描述工

作负荷特性［13］。此外，

现有的工作负荷评估模型

也不能很好地同时处理串并行任务。

为此，

本文在时间线分析法的基础上，

从多资

源占用理论和时间占用角度出发，

剖析工作负荷

构成，

提出资源需求占用率和占用时间 2个维度

主客观结合的工作负荷评估指标，

建立适用于串

并行任务、

基于动态时间窗口的时间-

多资源占用

的工作负荷评估模型。

为验证本文方法的有效性，

以液体回路子系

统这一典型在轨维修任务为研究对象，

开展地基维

修试验，

采集主观评估结果及操作视频，

并将主观

评估值、

目前现有评估模型计算值与本文提出的模

型计算值相比较，

验证模型的准确性和有效性。

1模型

为了便于实施和测量、

简化工作负荷的评估

过程及保证评估结果的准确性，

使空间站在轨维

修任务的工作负荷评估更加便捷和高效，

本文基

于时间线分析法和多资源占用理论，

确定了间接

获取的资源需求占用率和直接测量的占用时间

2个维度主客观综合的工作负荷评估指标，

提出

了基于动态时间窗口的时间-

多资源占用的工作

负荷评估模型（workload evaluation model based on

time and multi-resource），

简称 TMＲ模型，

并对其

进行描述。

1． 1 评估指标的确定

从工作负荷的构成出发，

本文提出了资源需

求占用率及占用时间2个指标。工作负荷由脑力

和体力负荷组成［14］，

从多资源占用理论和信息加

工角度出发，

脑力负荷与人的感知和认知活动有

关，

也就是与多资源占用理论中视觉（Visual，V）、

听觉（Auditory，A）及认知（Cognitive，C）相关，

主

要集中在信息获取和信息加工阶段［15］；体力负荷

与人操作或运动有关，

与多资源占用理论中的运

动（Psychomotor，P）相关，

集中在操作反应阶

段［11，15］。通过 V和A的信息获取、C的信息加工

和反应的运动 P描述了任务执行的整个过程［15］，

因此，

可以通过信息加工模型来解释任务执行时

人从信息加工到反应的整个过程，

并用多资源占

用理论表示工作负荷的构成。因此选取基于多资

源占用理论的资源需求占用率作为评估指标，

加

上客观的、

具有积累效应的占用时间指标，

能够更

加全面地反映工作负荷的本质。此外，

相比于传统

的单维度工作负荷评估模型中仅认为时间占用或

资源占用对工作负荷造成影响，

本文提出的模型考

虑了两者的相互关系，

将可直接观测的客观占用时

间、

间接获取的资源需求占用率融合，

使形成的主

客观综合的工作负荷评估模型具有实际应用意义。

1． 2 评估模型的建立

以占用时间及资源需求占用率作为工作负荷

的评估指标，

基于动态时间窗口，

建立 TMＲ模型。

其中资源需求占用率是指在单位时间内 VACP 每

个通道上资源占用程度，

其含义在国内外学者的

研究中均有所体现。王庄［16］将VACP 资源占用

程度作为衡量任务复杂度和工作负荷的指标，

并

验证了方法的有效性；Wickens［15］也在研究中提

到了在一定时间内，

各个通道资源占用程度对工

作负荷的影响。本文在上述研究的基础上，

提出

了资源需求占用率的概念。

占用时间指的是每个动素（任务被分解成最

小的动作单元）在VACP 通道上的占用时间［17］。

工作负荷表示如下：

W = tξ= t λ

T（1）

式中：W为工作负荷；t为占用时间；ξ为资源需求

占用率；λ为资源占用程度；T为动态时间窗口的

时长。分别求导，

有

W

t=ξ=λ

T（2）

W

ξ= t （3）

对于该模型的解释如下：

1）工作负荷受到任务持续时间长短、

对资源

的占用程度的综合影响，

如式（1）所示。

2）若任务持续时间一致，

则资源需求占用率

越高，

工作负荷越大，

如式（2）所示。

3）若资源需求占用率一致，

则持续时间越

长，

工作负荷越大，

如式（3）所示。

8942

第12 期田书婕，

等：基于时间-

多资源占用的工作负荷评估模型

从式（1）～式（3）可以看出直接观测到的客

观占用时间与间接获取的资源需求占用率之间的

关系，

两者的融合更加全面和符合实际。更进一

步，

模型中引入时间窗口，

借助时间窗口的弹性、

动态，

可根据需要获取工作负荷的瞬时值、

阶段

值［18］，

从而为更细致的动态评估及预测提供输

入。总之，

较现有工作负荷评估模型，

本文方法描

述和建模能力更客观、

全面。

1． 3 评估模型的描述

操作者的每一个动作，

都可以分配给人的多

资源占用理论中的 VACP 4 个通道。操作的执行

是4个通道综合运用，

并分别产生相应通道的工

作负荷。每个动素的资源占用情况由任务分析专

家结合 VACP 标准量表［19］（见表 1）评定。本文

中，

依据资源需求占用率高低，

进一步将评定值映

射为无（赋值 0）、

低（赋值 0． 42）、

中（赋值0． 83）、

高（赋值 1． 25）4个等级。映射关系如表2所示。

表1 VACP 标准量表［19］

Table 1 Standard values of VACP scale

［19］

通道评分描述

视觉（Visual）

0不存在视觉

1视觉检测

3． 7 视觉辨别

4． 0 视觉检查、

核对

5． 0 视觉对齐、

定位

5． 4 视觉追踪、

跟随

5． 9 视觉阅读

7视觉扫描、

搜索、

监控

听觉（Auditory）

0不存在听觉

1听觉检测

2确定声音的方向

4． 2 确定声音的方位

4． 3 验证听觉的反馈

4． 9 解释语义的内容

6． 6 分辨声音的特点

7解释声音的模式

认知（Cognitive）

0不存在认知

1没有意识的行为

1． 2 选择

3． 7 符号、

信号的识别

4． 6 评估与判断（只考虑单方面）

5． 3 编码、

解码、

回忆

6． 8 评估与判断（综合考虑多方面）

7评估、

计算、

换算

运动（Psychomotor）

0不存在运动

1说话

2． 2 离散的行为（按按钮、

开关等）

2． 6 连续调整

4． 6 手动操纵

5． 8 离散的调节（转动旋钮、

调整等）

6． 5 符号产生（书写）

7序列离散的手动操纵（键盘输入）

表2 VACP 评定值与等级的映射关系

Table 2 Mapping relationship between VACP

evaluation values and ranks

等级无低中高

赋值 0 0． 42 0． 83 1． 25

评定值 0 1 ～ 3 3 ～ 5 5 ～ 7

表2中，

等级的赋值是通过工作负荷中的

“

红线”

理论得出，

即当计算所得的工作负荷达到

80% 时，

人的工作绩效开始下降，

实际工作负荷已

到达最高值 100%［18，20］。经推导可知，

等级赋值

最高取值为 1． 25，

等分后，

从低到高4个等级取

值分别为0、0． 42、0． 83、1． 25。

假设操作者在某一时间片段内花费 100% 的

有效时间操作某些可测量的任务，

则其在该时间

片段内承受了 100% 的工作负荷［21］。这样，

通过

为不同的动素画出不同的线段，

使线段的长度与

这些动素的持续时间成正比，

而动素是由4个通

道资源组成的，

根据实际情况，

画出每个通道的持

续时间，

并与相应通道的资源需求占用率相乘，

就

可计算出某一通道的工作负荷，

再将 4个通道的

工作负荷综合，

得到该动素的工作负荷，

如图 1

所示。

具体方法描述如下：

设动素序列为｛〈S1，S2，…，SN〉｝，

区间数

［T0Si，TESi］（ i∈｛1，2，…｝）中T0Si、TESi代表动素

Si的起止时刻，

区间长度 L｛［T0Si，TESi］｝ = TESi－

T0Si代表动素 Si的持续时间，

λVi、

λAi、

λCi、

λPi∈

｛0，0．42，0．83，1．25｝分别为动素 Si的VACP

等级值。

任取时间片长度为 TC，

则在［jTC，（ j+ 1）TC］

（j∈｛0，1，…｝）的时间片内，

根据时间-

资源占用

定义和区间数运算性质，

定义 V、A、C、P 4 个通道的

时间-

资源占用计算式WLV、WLA、WLC、WLP分别为

图1动素-

时间窗分解

Fig． 1 Decomposition of therbligs-time-window

9942

北京航空航天大学学报 2017 年

WLV=

L｛［jTC，（ j+1）TC］

∩｛∪i=1，…，N

［T0Si，

μvSiTESi］｝｝

（4）

WLA=

L｛［jTC，（ j + 1）TC］∪｛∩i = 1，…，N

［T0Si，

μaSiTESi］｝｝

（5）

WLC=

｛［jTC，（ j + 1）TC］∩｛∪i = 1，…，N

［T0Si，

μcSiTESi］｝｝

（6）

WLP=

L｛［jTC，（ j + 1）TC］∪｛∩i = 1，…，N

［T0Si，

μpSiTESi］｝｝

（7）

μvSi=TE －1

Si［

λVi（TESi－T0Si）+T0Si］（ 8）

μaSi=TE －1

Si［

λAi（TESi－T0Si）+T0Si］（ 9）

μcSi=TE －1

Si［

λCi（TESi－T0Si）+T0Si］（ 10）

μpSi=TE －1

Si［

λPi（TESi－T0Si）+T0Si］（ 11）

根据 Wickens［15］资源占用理论，

综合工作负

荷WL 为

WL =（WLV+ WLA+ WLC+ WLP）/4 （12）

式（4）～式（12）即为本文提出的基于时间-

多资源占用的工作负荷评估模型。

2试验

2． 1 试验设计

负荷是一种主观感受［22］，

因此，

基于液体回

路子系统地基维修试验，

利用被试对工作负荷的

主观评估值来验证本文方法的有效性。此外，

也

通过与现有评估模型计算值比较进一步验证本文

方法的有效性。通过综合工作负荷（Overall

Workload，OWL）量表采集被试的主观评估值；通

过VACP 量表和视频采集，

分别获取资源占用程

度和动素时间，

计算 TAWL、

时间线分析法以及本

文提出的 TMＲ模型的工作负荷值。主观评估值、

现有模型计算值分别与 TMＲ模型计算值进行相

关性分析，

验证 MTＲ模型的准确性、

有效性。

2． 2 被试

本次试验中被试一共 6名，

为中国航天员科

研训练中心科研人员，

均为男性，

年龄在 35 ～

38 岁之间（均值为 36． 5，

标准差为 1． 05），

右利

手，

视力听力正常。试验前对被试进行统一训练，

使被试对液体回路子系统的维修任务操作达到熟

练程度。每次实验2人一组，6人分为3组，

每组

进行 4次试验，

共进行12 次试验。一组中包括主

操作人员和辅助操作人员，

主操作人员主要负责

任务执行，

辅助操作人员负责协助，

如递取维修工

具等。每组 2人交替作为主操作人员和辅助操作

人员。

2． 3 仪器和测试工具

头戴摄像机、

全局摄像机用来记录被试人员

任务执行时的情况。头戴摄像机采集第1视角的

数据，

记录主操作人员的维修动作和细节；全局摄

像机采集第3视角的数据，

如双人交互过程，

以确

保维修动作数据的完整性。试验操作时调整好全

局摄像机的位置，

被试人员中的主操作人员佩戴头

戴摄像机，

记录操作动作用于动素的分析和统计。

考虑多维工作负荷评价量表的条目较多，

一

定程度对任务执行造成干扰［23］，

本次试验选择执

行简单、

可以测量出时间窗内的整体工作负荷的

单维度 OWL 量表［18］。在主操作人员进行液体回

路子系统的维修任务的过程中，

每间隔5 min（不

打扰关键操作的节点），

主操作人员报告自己当

时的工作负荷情况，

从0至100 值越大表示工作

负荷越大。量表如图2所示［18］。

VACP 量表用来评估任务操作中资源占用情

况，

样式如图3所示。资源分为 V、A、C、P 4 个通

道，

每个操作时，

对每个通道的主观工作负荷感受

不同。

各通道占用工作负荷可用0 ～ 7的值表示，

图2 OWL 量表［18］

Fig． 2 OWL scale［18］

图3 VACP 量表示意图

Fig． 3 Schematic of VACP scale

0052

第12 期田书婕，

等：基于时间-

多资源占用的工作负荷评估模型

评判标准根据 VACP 标准量表，

如表 1所示［19］。

VCAP 量表打分由人因专家和熟练的被试共同

完成。

2． 4 试验流程

试验分为试验前准备、

液体回路子系统的维修

任务操作以及填写量表等环节，

试验流程如图4所

示。本次维修共分为18 个步骤、313 个动素。

图4试验流程

Fig． 4 Steps of test

3结果分析

3． 1 OWL /TMＲ / TAWL /时间线分析结果

1）OWL 主观评估值

在进行液体回路子系统的维修试验中（约

30 min），

每5 min（时间窗为5 min）进行 OWL 量表

测量，

每次试验进行7次统计，

记录主操作人员的

工作负荷值，

并求出平均值，

如表 3所示。

2）TMＲ模型计算值

首先根据对液体回路子系统的分析中得到的

动素，

以及采集的视频数据，

进行动素时间的测

定。其次根据 VACP 量表，

对每个动素的 V、A、

C、P 4 个通道占用程度进行统计取均值，

本次打

分包括专家 4人，

被试 6人。最后根据模型公式

计算各个通道的工作负荷，

再求和，

如表 3所示。

3）TAWL 模型、

时间线分析模型计算值

根据 V、A、C、P 4 个通道的占用程度值以及

动素时间，

由TAWL 模型和时间线分析模型的计

算公式分别求值，

结果如表3所示。

表3 OWL /TMＲ / TAWL / 时间线分析结果

Table 3 Ｒesults of OWL /TMＲ / TAWL /

timeline-analysis

时间/s 工作负荷

OWL TMＲ模型 TAWL 模型时间线分析模型

0 24． 17 7． 65 9． 60 10． 07

300 62． 50 109． 36 141． 13 97． 98

600 85． 83 117． 45 109． 67 106． 35

900 82． 92 111． 11 185． 00 101． 62

1 200 81． 25 124． 39 98． 47 95． 95

1 500 59． 58 36． 84 69． 07 86． 48

1 730 92． 50 80． 14 118． 43 65． 51

3． 2 有效性验证

3． 2． 1 TMＲ模型计算值与 OWL 主观评估值比较

在工作负荷研究中，

验证模型的有效性，

通常

通过相关性分析来检验［18，24-25］。鉴于 OWL 量表

和工作负荷模型得到的评估结果量纲不统一，

首

先利用 Z-score 标准化方法对 2种方法的计算结

果进行标准化处理；然后利用数据分析软件进行

相关性分析

通过对各个通道工作负荷与本文方法计算得

到的整体工作负荷值进行相关性分析，

发现 V通

道工作负荷、C通道工作负荷及 P通道工作负荷与

整体工作负荷值相关性较高，

分别为0． 89 （p＜

0． 05）、0． 98（p＜ 0． 05）、0． 91（p＜ 0． 05），

体现了各

个通道在整体工作负荷的贡献。具体相关性值如

表4所示。

通过对各个通道工作负荷之间的相关性分

析，

发现 V通道工作负荷与 C通道工作负荷及

C通道工作负荷与 P通道工作负荷相关性较高，

1052

北京航空航天大学学报 2017 年

分别为0． 93（p＜ 0． 05）、0． 85 （p＜ 0． 05），

如表 5

所示。表明了 V与C、C与P存在关联性。而V

和C存在关联性已被多篇论文证明，

对各个通道

之间关系的研究，

有助于进一步对多资源进行

分析。

图6 TAWL 模型、

时间线分析模型、TMＲ模型与

OWL 量表的对比

Fig． 6 Comparison among TAWL，timeline analysis，

TMＲ model and OWL scale

表4整体工作负荷与各个通道工作负荷的相关性分析

Table 4 Correlation analysis between total

workload and workload of each channel

多通道 W与V W 与A W 与C W 与P

相关性 0． 89 0． 179 0． 98 0． 91

表5各个通道工作负荷之间的相关性分析

Table 5 Correlation analysis between

workload of each channel

多通道 V与A V 与C V 与P A 与C A 与P C 与P

相关性 0． 24 0． 93 0． 63 0． 07 0． 08 0． 85

4讨论

本文在时间线分析法的基础上，

基于工作负

荷的构成及多资源占用理论，

提出资源需求占用

率和占用时间 2个主客观指标，

建立了基于动态

时间窗口的多资源占用的工作负荷评估模型。通

过开展液体回路子系统试验，

收集操作视频数据

和主观评估结果，

将主观评估值与模型计算值相

比较，

验证了模型的有效性。同时较之于其他现

有工作负荷评估模型，

验证了本文模型的精确性

实用性。

1）模型具有完备性。检验工作负荷评估模

型是否完备，

主要在于是否能测量出工作负荷的

特性［18］。通过时间窗口的动态弹性变化，

本文模

型可以计算得出瞬时负荷、

平均负荷、

整体负荷。

当时间窗口间距为0． 5 s 时，

模型计算结果可以作

为瞬时负荷值；当时间窗口的间距大于0． 5 s 小于

等于任务执行时间时，

模型计算的是每段时间窗

口内的整体负荷［18，25］，

且与 OWL 主观量表在每

段时间窗口内的整体负荷值显著相关，

证明了本

文模型计算值的有效性和准确性。而其他2种特

性———峰值负荷和累积负荷，

可通过公式推导得

到［18］。本文模型可以对工作负荷特性进行相对

精确的描述，

体现了其全面性和有效性。

2）模型体现了收缩效应。研究指出：人在接

受刺激时，

会产生累积效应，

会有一个叠加、

衰减、

慢慢趋于平和的状态变化过程［26］。而相关研究

进一步表明刺激强度与感觉强度服从韦伯定律，

感觉强度越强，

刺激强度越大。而工作负荷是操

作者的主观感受，

也是一种刺激，

同样也存在着累

积效应［26］。工作负荷的累积效应可以看作是一

个连续变化并且前后相关的过程，

过去的工作负

荷状态对当前任务执行产生影响，

这种影响体现

为过去的工作负荷对当前工作负荷的影响，

过去

的工作负荷越大对当前的工作负荷影响越大。这

种影响是从叠加开始，

进而衰减，

再到影响消失。

同时 Miller［9］也认为在任务执行的整段时间

内，

各个资源通道的时间占用，

并不是占了任务执

行时间的整段时间，

这与资源占用需求程度有关。

而模型通过对资源需求情况的等级划分，

当资源

需求程度低时，

展现出时间占用上的收缩；当资源

需求程度高时，

体现了工作负荷的积累效应。

对应于本文模型，

这种积累效应体现在各个

通道占用时间的延长，

进而影响下一时间窗口的

工作负荷。这种收缩体现在某些通道占用时间的

收缩，

表明在该段时间内通道资源的剩余。

3）模型具有更好的适用性。相比于以往的

单维度工作负荷评估模型，

本文模型从工作负荷

的构成出发，

从主客观 2个角度提出了资源需求

占用率和占用时间 2个评估指标，

反映了工作负

荷的本质；只需收集操作者执行各个动素的时间

以及专家评定的 VACP 占用程度，

不影响正常操

作，

便于测量和实施，

更具有实际应用价值。更进

一步，

通过数据的积累，

可以形成标准规范的动素

编码（包含动素占用时间以及动素对应的 VACP

占用程度），

通过本文模型直接计算工作负荷值，

为维修任务的规划、

维修作业量的合理确定和整

个在轨维修流程的设计及优化提供参考。

4）模型的不足。①特殊环境因素（在轨失重

等）可能会对工作负荷产生影响，

需要进一步试

验进行验证。②本文假设 4个通道的权重一致。

2052

第12 期田书婕，

等：基于时间-

多资源占用的工作负荷评估模型

需进一步开展试验，

收集大量数据进行验证，

优化

模型中各个通道的权重，

使其更符合实际。

5结论

1）基于在轨维修任务，

开展了液体回路子系

统试验，

本文建立的时间-

多资源占用的工作负荷

评估模型计算值与试验获得的 OWL 主观评估值

显著相关，

且与目前现有评估模型相比，

本文提出

的模型更精确和有效。

2）解决了目前评估模型单维度准确性不高

和不能同时处理串并行任务的问题，

从工作负荷

构成出发，

提出了资源需求占用率和占用时间

2个指标，

更加全面地反映了工作负荷的本质。

此外考虑了两者的相互关系，

将可直接观测的客

观占用时间、

间接获取的资源需求占用率融合，

形

成主客观综合的工作负荷评估模型，

更具有实际

意义。

3）从数据分析可以看出，

在轨维修任务中，

视觉通道和认知通道与整体工作负荷的相关性较

高，

是在轨维修工作负荷的主要贡献者。

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作者简介：

田书婕女，

硕士研究生。主要研究方向：维修工效、

先进人机

交互。

王波男，

硕士，

助理研究员。主要研究方向：航天人因、

智能

计算、

体系研究。

Workload evaluation model based on occupation of

time and multi-resource

TIAN Shujie1，2，WANG Bo1，*，WANG Li1，XU Dan2

（1． National Key Laboratory of Human Factors Engineering，China Astronaut Ｒesearch and Training Center，Beijing 100094，China；

2． Department of Industrial Design，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China）

Abstract：To measure and evaluate the astronauts’workload of on-orbit maintenance，based on timeline

analysis and multi-resource theory，the subjective and objective comprehensive evaluation of the workload was

carried out by using two dimensions of“indirect acquisition value of the resource demand occupancy rate”and

“direct measurement value of the occupied time”． A workload evaluation model based on dynamic time scene

and time resource occupancy was put forward． In order to verify the effectiveness of the proposed model，the

maintenance experiment of the liquid circuit subsystem，as a typical on-orbit maintenance task，was estab-

lished． Testees were recruited to obtain the subjective workload questionnaires，maintenance videos were ac-

quired，and the occupation time of therbligs was measured． The results reveal that the workload values of the

proposed model have good agreement and significant correlation with subjective workload evaluation values．

Hence the effectiveness of the workload evaluation model is validated．

Keywords：on-orbit maintenance；multi-resource theory；timeline analysis；workload；evaluation model

Ｒeceived：2016-11-28；Accepted：2017-03-06；Published online：2017-03-23 18：22

UＲL：kns． cnki． net /kcms/detail/11． 2625． V． 20170323． 1822． 005． html

Foundation items：Foundation of National Key Laboratory of Human Factors Engineering （SYFD130061813，160051812）； The“13th Five-

Year”Equipment Pre-research Fundation on Common Technology （41402060101）； Manned Space Pre-research Foundation

（030602）

*Corresponding author． E-mail：wowbob@ 139． com

4052

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