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工程设计:跨学科群体决策认知机制


ENGINEERING DESIGN

本研究针对工程设计中跨学科群体决策的认知机制缺失问题,采用眼动追踪技术与结构方程模型(PLS-SEM),量化分析视觉注意力分配对群体决策绩效的影响,为优化工程群体决策提供认知层面的理论依据。










研究背景










工程产品设计依赖跨学科群体决策,但其复杂性受多因素影响,传统行为研究缺乏对认知过程的定量分析。眼动追踪技术可实时捕捉注意力分配,但其在工程决策中的应用尚处起步阶段,尤其缺乏对群体层面认知同步和决策绩效关联的系统研究。










研究目的










01.识别跨学科技术焦点的视觉注意力指标(注视时长、次数、轨迹一致性)与群体决策质量、满意度、可接受性的因果关系;

02.构建基于眼动数据的群体决策绩效预测模型;

03.通过游轮客舱设计案例,验证注意力分配对跨学科决策效率的影响路径。










研究意义










理论层面:填补跨学科群体决策中认知因素定量研究的空白,建立“注意力分配-决策绩效”的神经行为关联模型;

实践层面:为工程设计中优化决策材料布局、提升跨学科协作效率提供技术路径,推动眼动技术在实时决策支持系统中的应用。










研究方法










实验场景

实验设计:

参与者:72名来自上海交通大学和造船公司的跨学科参与者(结构工程、美学设计、环境工程背景),分为24组(每组3人)。

任务流程:

个体决策阶段:基于单学科知识评估3个游轮客舱设计方案(A/B/C);

群体决策阶段:跨学科讨论并达成共识,采用多属性决策任务(MADM)结合有声思维法(Think-Aloud Protocol)捕捉认知过程。

实验流程图

决策流程图

眼动测量

设备:Eye-Logic眼动仪(60 Hz采样频率),记录注视时长、次数、热图及轨迹一致性,感兴趣区域(AOI)划分为跨学科技术焦点(HCN)、单学科技术焦点(SE/AD/EE)和图纸区域(DWG)。

AOI

数据分析

采用PLS-SEM模型验证变量间直接/间接效应,自变量为群体平均注视时长(X₁)、注视次数(X₂)、轨迹相似度(X₃/X₄),因变量为决策质量(Y₁)、共识度(Y₂)、效率(Y₃)、满意度(Y₄)、可接受性(Y₅)。










研究结果










热图

注意力分配特征:

跨学科技术焦点(HCN)的注视时长(23.76%)和次数(25.15%)最高,图纸区域(DWG)注视变异大(CV=0.966),表明群体对文本信息的注意力更集中且一致。

决策绩效影响路径:

直接效应:群体平均注视时长(X₁)→注视次数(X₂)→满意度(Y₄,β=0.849, p

间接效应:注视时长和次数通过决策质量(Y₁)间接影响效率(Y₃,β=0.871, p

负向效应:过度关注图纸区域(DWG)会降低决策效率(β=-0.456, p

PLS模型分析结果

学科差异:

结构工程参与者侧重功能参数(如隔断材料),美学设计关注色彩搭配,环境工程聚焦舒适性指标,但跨学科讨论可提升共识度(加权均值4.953)。










研究结论










核心机制

视觉注意力分配通过“深度信息加工→认知同步→决策共识”路径影响群体绩效,跨学科技术焦点的注视时长和次数是关键预测指标。

实践建议

优化决策材料:通过加粗、色彩标注突出跨学科技术焦点,减少图纸抽象信息干扰;

强化认知训练:开展跨学科术语互训,提升对异学科焦点的注意力分配能力;

流程设计:采用多轮讨论机制,平衡单学科视角与群体共识。

局限与展望:

样本量较小且限于静态决策场景,未来需结合动态任务和超扫描技术,探索群体神经同步对决策的影响。


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